栗永利教授、王军教授、黄斯珉研究员， Small：原位耦合MOF/聚合物复合电解质，助力固态金属锂电池高倍率稳定运行！

第一作者：柴岩，高键生

通讯作者：栗永利*，黄斯珉*，王军*

单位：华北电力大学，东莞理工学院，南方科技大学

有机-无机复合固体电解质因其兼具无机材料的高离子电导率，以及有机材料的柔韧性与可加工性，因此被认为是非常有吸引力的固态电解质材料。但是，传统的溶液浇筑法制备复合电解质不可避免地出现无机填料团聚，沉降，以及负载量低造成的导锂通路不连续，多相界面不稳定等问题。本文利用MOF和聚合物能够原位耦合的特点，通过静电纺丝技术制备了高负载且均匀包覆的MOF/聚合物复合固态电解质。高负载的MOF不仅提供了充足的阳离子活性位点，显著提高倍率性能，还均匀包覆在聚合物纺丝表面，避免了其与锂金属电极的界面副反应，大幅提升循环性能。本文为MOF/聚合物复合电解质体系的设计和制备提供了思路。

近日，来自华北电力大学的栗永利教授、东莞理工学院的黄斯珉教授和南方科技大学的王军教授合作，在国际知名期刊Small上发表题为“In-Situ Coordinated MOF-Polymer Composite Electrolyte for Solid-State Lithium Metal Batteries with Exceptional High-Rate Performance”的研究文章。该研究文章提出原位合成MOF/聚合物复合电解质的设计方法，探究了高负载且均匀分散的MOF材料对锂离子传输及多相界面稳定性的影响，制备出具有高倍率性能和循环性能的固态金属锂电池。

MOF通常由金属盐和有机配体在液相反应中生成。不同于以往制备复合电解质时直接将MOF颗粒与聚合物复合，本文利用聚合物表面官能团对MOF成核生长的诱导作用，先将MOF的金属盐混合在聚合物纺丝浆料中进行纺丝，随后将纺丝膜浸泡在含有MOF有机配体的溶液中静置。这一方法成功地在聚合物纺丝表面原位生成了MOF颗粒，所得到的复合膜中MOF负载量显著提高，且能够均匀包覆住聚合物纺丝膜。

高负载且均匀包覆的MOF赋予复合电解质膜较高的锂离子迁移数（tLi+=0.77，图2a）和高临界电流密度（CCD = 4.5 mA cm⁻²,图2b），显著优于传统设计(图2c)。值得注意的是，Li||Li对称电池在4 mA cm⁻²的高电流密度下运行超过4000小时，表现出卓越的稳定性（图2d）；Li||LFP电池在5 C倍率下循环750次后，容量保持率达到81%（图2e）；而Li||NCM811电池在0.5 C倍率下循环200次后，容量保持率为83%（图2f）。

拉曼光谱、X射线吸收近边结构（XANES）、扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）以及X射线光电子能谱（XPS）深度刻蚀揭示了原位耦合的高负载MOF具备双重功能：一方面，它调控Li⁺溶剂化结构并与TFSI⁻配位，诱导TFSI⁻分解，从而形成富无机相的固态电解质界面（SEI）；另一方面，它包覆住聚合物纺丝纤维，抑制其与金属锂的副反应，确保电极-电解质界面的稳定性。

“In-Situ Coordinated MOF-Polymer Composite Electrolyte for Solid-State Lithium Metal Batteries with Exceptional High-Rate Performance”

栗永利教授简介：华北电力大学二级教授，博士生导师，清洁能源技术研究院院长。入选国家重大人才工程、中法杰出青年科研人员交流计划、欧盟玛丽居里学者等。主要从事电化学储能、氢能、绿色工艺等领域的基础、应用研究及产业技术开发。

黄斯珉教授简介：黄斯珉，东莞理工学院化学工程与能源技术学院副院长、广东省多能互补分布式能源系统重点实验室副主任。入选省级人才计划、多个市级人才计划等；主持了国家自然科学基金面上、青年基金、广东省自然科学基金等10余项，以第一/通讯作者在SCI期刊上发表论文72篇，在科学出版社独立出版学术专著1册；以第一发明人授权美国发明专利5项和中国发明专利16件；获得国家级行业学会科技奖1项和发明奖1项；担任广东省工程热物理学会副理事长、多个国际学术期刊编委等。

王军教授简介：南方科技大学创新创业学院教授，其主要研究方向为高能量密度与高安全锂电池以及其他新型电池研究。王军博士已在Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Angew. Chem.等国际一流期刊发表学术论文170余篇，被引次数6000余次，H指数45；申请PCT发明专利3项以及中国发明专利30余项。