支春义/李新亮Chem：可逆卤间键实现高能量高功率Li-Cl2电池

阴离子氧化还原反应将实现比典型过渡金属氧化物正极更高的容量，为先进的锂离子电池低成本电化学反应提供更多可能性。基于阴离子氧化还原反应的Cl^0/−1的Li-Cl₂电池表现出优异的工作电压(~3.8 V)和容量(756 mAh g⁻¹)。

然而，在使用有机电解质的锂离子电池中，尚未开发出具有氧化还原活性和可逆性的含氯正极。

在此，香港城市大学支春义教授、开姆尼茨工业大学Minshen Zhu以及郑州大学李新亮教授等人报告了一种以卤素互化物三氯化碘(ICl₃)为正极的电池系统解决上述问题。

原位和非原位光谱数据和计算表明，还原的Cl⁻离子部分溶解在电解质中，氧化的Cl⁰通过形成互卤键被锚定。可逆Li-Cl₂电池在425 mA g⁻¹时比容量为302 mAh g⁻¹，在1250 mA g⁻¹时容量保持率为73.8%。

图1. ICl₃氧化还原反应的原位拉曼光谱表征

总之，该工作首次展示了一个直接卤素正极，其具有高可逆性，在正极中可不使用中间材料。因此，ICl₃正极接近Li-Cl₂电池的理想正极。更重要的是，I和Cl之间的卤素键的断裂和重组是高度可逆的。

结果显示，可充电Li-Cl₂电池在425 mAg^-1时的容量为302 mAhg^-1。在 1,250 mA g⁻¹ 的高电流密度下，对应于 4,225 W kg⁻¹ 的高功率，能量密度为 754 Wh kg⁻¹。ICl₃在可充电锂离子电池中的成功应用为开发高能量密度和高功率卤素基正极材料开辟了新途径。此外，新的电解质和电极组合物预计将进一步优化反应动力学，从而释放 ICl₃ 的全部容量（459 mAh g⁻¹）。

图2. Li-ICl₃全电池性能及比较

Development of an energy-dense and high-power Li-Cl2 battery using reversible interhalogen bonds, Chem 2023 DOI: 10.1016/j.chempr.2023.09.021