锂金属负极因其具有高的理论比容量（~3860 mAh/g）和最低的电极电位（-3.04 V），已成为最有希望替代商用石墨负极的材料之一。然而，锂金属负极的实际应用仍面临着一些挑战，如不均匀的锂沉积、锂金属的树状生长、体积膨胀等问题。基于上述多种副反应的不断发生，锂金属电池中有效的活性锂会转化为“死锂”，导致容量损失和严重的安全问题。硝酸锂（LiNO₃）是一种很有吸引力的电解液用锂添加剂，用于构建具有富Li₃N固体电解质界面(SEI)层的高性能锂金属负极。然而，LiNO₃与Li₃N之间的是8电子的转移过程，产生了高的能量垒。

本研究工作通过在Li沉积载体上调节内亥姆霍兹层（Helmholtz plane）来调控LiNO₃的缓慢/快速分解动力学，从而导致SEI中Li组分的不同中间含量分布。氧化氮化锂(LiNO) 被确定为分解中间体，实验和模拟结果证实了其阻碍LiNO₃的分解。此外，研究结果表明，LiNO和极性V≡N键之间的偶极-偶极相互作用可以改变N=O键的离子/共价特征，大大促进了N=O键解理的能量传递过程，并促进LiNO₃的还原，以获得富Li₃N的SEI膜。因此，当电解液中含有0.37 M的 LiNO₃时，VN体系能有效地抑制锂枝晶和死锂的形成，并且电池在1000次循环 (1 mA cm⁻²,1 mAh cm⁻²) 中可以达到99.7%的平均库伦效率。这些结果可以促进氮化物氧化断裂过程，为高性能富含Li₃N锂金属电池的制备铺平道路。

该工作以“催化集流体的设计来加速LiNO₃的分解以实现高性能锂金属电池”（Catalytic Current Collector Design to Accelerate LiNO₃Decomposition for High-Performing Lithium Metal Batteries）为题在Advanced Energy Materials（影响因子 IF: 27.8, Q1）上发表最新研究成果。我校牛树章助理教授为本文共同通讯作者，合作通讯作者为上海交通大学梁正副教授与岳昕阳助理研究员，南方科技大学的程春副教授。

图1 硝酸锂在内内亥姆霍兹层（Helmholtz plane）分解及SEI形成示意图

图2 LiNO₃, LiNO₂及LiNO 在不同基体上的飞行时间二次离子质谱 (TOF-SIMS)

（论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202302620）