天津工业大学徐志伟教授CEJ：辐照增强氟化改性MOF808/PEO固态电解质性能

第一作者：梁帅统

通讯作者：徐志伟

单位：天津工业大学，中原工学院

固态聚合物电解质是固态电池的关键组成部分，由于其重量轻、柔性、可扩展性、与电极界面良好的兼容性等优点而备受瞩目。特别是聚氧化乙烯（PEO）基电解质，其强大的Li+溶剂化能力和高介电常数使其尤为突出。然而，单一的固态聚合物电解质仍面临离子传输效率低、力学性能薄弱及锂枝晶抑制能力有限等缺陷，这些因素限制了其在锂电池领域的广泛应用。本论文针对PEO基聚合物电解质进行改性，提出氟化修饰与电子束辐照协同策略，以提升复合聚合物电解质的电化学性能。

首先采用水热法合成正八面体结构的MOF808，然后经氟化改性得到F-MOF808晶体颗粒，最后将F-MOF808分散于PEO基质溶液，通过溶液流延成型工艺制备F-MOF@PEO复合电解质。

为了验证氟化改性对聚合物电解质离子传输性能的提升，我们通过对比实验发现：氟化后的F-MOF808@PEO电解质在所有测试温度下均表现出更高的离子电导率和更低的离子迁移活化能，其锂离子迁移数也从0.21提高至0.43，电化学稳定窗口扩展至5.1 V。谱学分析表明，氟化基团通过抑制聚合物结晶、促进锂盐解离和增强界面相互作用，有效优化了离子传输路径与导锂机制。

对氟化后的电解质进行了辐照改性，发现100 kGy剂量下效果最优。该剂量诱导产生的交联结构显著增强了电解质的机械强度与界面稳定性，并有效抑制PEO结晶，扩大无定形区，从而提升锂离子迁移效率，同时MOF骨架保持完整，有利于维持阴离子锚定位点。

氟化及辐照协同作用使得Li|FMPS-100kGy|Li对称电池实现了稳定循环长达3000 h，而且电压未明显升高，显示低于80 mV的较低过电位。同时，在0.2 mA cm^-2电流密度下，Li|FMPS-100kGy|Li对称电池稳定运行500 h以上，且保持着低于200 mV的较低过电位。

在高倍率2 C下，固态电池稳定循环700圈后仍具有82%的高容量保持率和99.9%的平均库伦效率。证实了化学修饰-物理辐照协同策略在构建高导锂、强界面固态电解质体系中的有效性。

Synergistic Fluorination and Irradiation Engineering of MOF808-PEO Electrolytes for High-Performance Solid-State Lithium Batteries

徐志伟教授简介：天津工业大学纺织科学与工程学院教授、博士生导师、天津市“131”第一层次人选。先后参加完成了863计划课题、国家自然基金重点和国防预研等多项科研项目，主持国家自然基金和省部级项目10余项；迄今已在ACS nano、Energy Storage Materials等高影响力杂志发表论文170余篇，引用近4000余次，h因子36；获得授权国家发明专利25项；获得省部级科技进步奖5项。研究领域包括碳纤维复合材料界面结构调控、碳基混合基质分离膜制备以及碳基离子电池负极材料的结构设计及其电化学性能研究。