浙大团队开发新型COFs材料 实现高性能锂金属电池突破
浙大团队开发新型COFs材料 实现高性能锂金属电池突破
近日，浙江大学黄宁研究员与范修林研究员合作，在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Lithiophilic Covalent Organic Framework as Anode Coating for High-Performance Lithium Metal Batteries”的研究文章，报道了一种新型亲锂共价有机框架（COFs）材料在锂金属电池中的应用突破。
锂金属电池因其高理论容量、低密度和低电极电势而被视为下一代高能量密度储能设备的理想选择。然而，锂金属的高反应活性导致锂枝晶生长、电极体积膨胀等问题，严重影响电池的寿命和安全性。在锂金属表面构筑人工固体电解质界面层是一种有效解决方案，但选择合适的保护材料仍具挑战。
研究团队设计并合成了首个高结晶性[6+2]聚酰亚胺连接的COFs材料（HAHATN-PMDA-COF）。该材料具有以下显著特点：
高比表面积与微孔结构：通过冷冻透射电子显微镜、粉末XRD等表征技术证实，HAHATN-PMDA-COF具有高达946 m²/g的比表面积，孔径主要集中在0.95 nm和1.58 nm，是目前孔径最小的聚酰亚胺COFs之一。
密集亲锂位点：材料中富含亲锂基团，能够形成一维亲锂通道，有效引导锂离子的快速有序传输，抑制锂枝晶的生长。
优异稳定性：通过TGA和溶剂浸泡实验验证，该COF材料表现出出色的热稳定性和化学稳定性。
电化学测试结果表明，使用HAHATN-PMDA-COF作为负极保护涂层的锂金属电池展现出卓越性能：
- 在0.5 mA cm⁻²的电流密度下，Li||COF-Cu半电池可稳定循环400次以上，平均库伦效率超过99%，达到目前2D COFs保护涂层的最高水平。
- Li-COF||Li-COF对称电池在相同电流密度下可稳定循环600小时以上，未出现短路现象。
- 基于20 μm超薄锂的Li-COF||LFP全电池在0.3 C充放电条件下稳定循环150次，容量保持率超过91%。
黄宁研究员表示：“这项工作不仅丰富了聚酰亚胺类COFs材料体系，更为COFs材料在储能器件中的应用开辟了新途径。未来，我们计划进一步优化材料结构，降低生产成本，推动其在电动汽车和便携式电子设备等领域的实际应用。”
这一突破性进展为解决锂金属电池的关键问题提供了新的思路和解决方案，有望推动高能量密度电池技术的快速发展。