【MCOF】用于无枝晶锂金属电池的氧化还原活性金属共价有机框架

首页 > 行业动态 > 【MCOF】用于无枝晶锂金属电池的氧化还原活性金属共价有机框架

中原工学院韩点点、翟黎鹏老师等报道的本篇文章（Advanced Materials 2025, 2418638）中研究了具有氧化还原活性的金属共价有机框架（MCOFs）作为锂金属电池（LMBs）的功能隔膜。这些MCOFs具有双活性中心，能够促进均匀的锂成核并加速锂离子传输。氧化还原活性二芳胺单元和三核铜簇的协同效应调节了局部电子云密度，调控了锂离子的微环境并确保了均匀的锂成核。基于MCOF的隔膜具有明确的1D通道，实现了均匀的锂离子通量并促进了均匀的锂沉积，具有较高的锂离子迁移数（0.93）和室温下的离子电导率（2.01 mS cm⁻¹）。Li|Cu电池表现出16 mV的低锂成核势垒，而对称的Li电池在0.5 mA cm⁻²下可稳定充放电超过1600小时。当与LiFePO₄阴极配对时，组装的LMB表现出约98%的稳定容量保持率。本工作为高性能LMBs中无枝晶锂金属阳极的发展铺平了道路。

研究背景
1.行业问题：
锂金属电池中锂枝晶的不可控生长导致“死锂”的产生，影响循环稳定性和操作安全性，限制了其实用化。
2.研究现状：
通过优化电解质材料、物理化学改性隔膜、开发聚合物/固态电解质等方法解决锂枝晶问题。
人工固态电解质界面（SEI）层可加速锂离子传输并提高锂沉积的均匀性。
3.本文创新
设计合成具有氧化还原活性的MCOFs作为隔膜，利用其双活性中心促进均匀锂成核和加速锂离子传输。

实验和分析
1.材料合成与表征
1) 使用Cu3Py3单体和三芳胺单体分别合成了TAPA-MCOF和NTBCA-MCOF两种MCOFs，孔径分别为 1.03–1.84 and 1.05–1.58 nm，比表面为 329.8和831.4 m2 g−1
2) 通过FT-IR、¹³C CP-MAS NMR、PXRD等表征手段确认其结构。
3) 制备了MCOF基隔膜，并通过SEM、AC阻抗谱等测试其性能。
2.性能结果分析
TAPA-MCOF基隔膜具有较高的离子电导率（2.01 mS cm⁻¹）和锂离子迁移数（0.93）。
Li|Cu电池具有16 mV的低锂成核势垒，对称Li电池在0.5 mA cm⁻²下可稳定充放电超过1600小时。
与LiFePO₄阴极配对的LMB具有约98%的稳定容量保持率。
通过DFT计算等分析了锂离子在MCOFs中的传输机制，证实了其协同效应。

总结
1. 成功制备了具有氧化还原活性的MCOFs作为锂金属电池的功能隔膜，显著改善了锂沉积行为和电池性能。
2. 提出了利用MCOFs的双活性中心协同效应促进均匀锂成核和加速锂离子传输的新策略。
3. 为高性能锂金属电池的发展提供了新的思路和材料选择，有望推动其实际应用。

Redox-Active Metal-Covalent Organic Frameworks for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries
文章作者：Wenliang Qin, Diandian Han, Xiaowei Zhang, Huayun Ma, Yang Wu, Zengguang Li, Shuai Bi, Lipeng Zhai
DOI：10.1002/adma.202418638
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202418638

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。