圖/中國科學(xué)院上海高等研究院
來自中國科學(xué)院上海高等研究院的消息顯示，鋰（Li）金屬具有極高的理論比容量和低電化學(xué)電位，被廣泛用作高能量密度電池的負極材料。鋰枝晶的不可控生長和循環(huán)充放電過程中活性鋰的持續(xù)消耗，導(dǎo)致鋰金屬電池庫侖效率低、循環(huán)壽命短。
在鋰負極上構(gòu)建人工固態(tài)電解質(zhì)中間相，是抑制鋰枝晶形成并提高循環(huán)性能的策略。三維共價有機框架具有沿3D方向延伸的框架，避免了層間π-π堆疊相互作用。而由于親鋰基團的多樣性和密度不足，電池表現(xiàn)出較差的動力學(xué)性能。
因此，構(gòu)建具有致密親鋰基團的三維共價有機框架以實現(xiàn)均勻的鋰吸附和沉積仍是挑戰(zhàn)，或為追求高性能鋰金屬電池提供新思路。
對此，中國科學(xué)院上海高等研究院研究員曾高峰和副研究員徐慶等，開發(fā)了新型三維共價有機框架作為鋰金屬電池的負極保護層。這一框架具有高密度的鋰親和位點，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的鋰沉積行為調(diào)控。
該研究通過【6+4】合成策略，利用6連接的環(huán)三磷腈衍生物醛和4連接的卟啉基四苯基胺合成了新型磷腈三維共價有機框架。結(jié)構(gòu)中的磷腈環(huán)和卟啉環(huán)作為電子豐富和親鋰位點，提高了三維方向上均勻的Li+通量，實現(xiàn)了高度平滑和致密的Li沉積。
該電極涂層提高了Li/Por-PN-COF-Cu電池的庫侖效率，促進了快速的Li+傳輸，使LiFePO4全電池即使在5C的嚴苛速率下也能夠穩(wěn)定進行剝離/沉積過程。理論計算揭示了Li+與COF之間的強相互作用，利于Li+脫溶劑化，加快其反應(yīng)動力學(xué)；同時，較低遷移勢能表明Li+離子與π電子系統(tǒng)之間存在有利的相互作用。
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