近日，云南大学材料与能源学院（西南联合研究生院）郭洪教授团队在国际知名期刊“Angewandte Chemie International Edition”期刊上发表了题为“Modulating Electron Delocalization Structure in Covalent Organic Frameworks Through Conjugation and Hybridization to Boost Li-ion Migration Dynamics”的研究论文(论文链接https://doi.org/10.1002/anie.202525864)。该研究采用在COF中引入p-π共轭，sp2杂化及全氟烷基的策略来共同调节电解质的电荷分布，从而解决锂离子不均匀沉积的问题，为COF电解质的发展提供了一种新的思路，郭洪教授及赵根福副教授为通讯作者。

固态锂金属电池以其高能量密度已经成为了未来储能领域的一大重要研究方向。但传统电解质中的不均匀锂离子沉积以及由于电荷分布不均匀而导致的锂枝晶无序生长，会严重影响固态电池的性能以及寿命，更为甚者还会引发严重的安全隐患，这极大的阻碍了电池的正常运行。调节电解质的电子结构可以有效的缓解由于有限的Li+跳跃位点导致的Li+传输缓慢的问题，降低负极表面的Li+浓度梯度并优化电解质与电极之间的界面。共价有机框架作为具有各种共轭结构和官能团的有机材料，由于其引入的结构具有吸电子、供电子或电子离域作用，在电子调控方面具有显著优势。这一特性使它们在作为电解质时，能够诱导均匀的Li+沉积。但现有COF仍然存在许多难以解决的问题。首先，传统的文献仅研究了COF亲锂位点，忽视了由共轭和杂化引发的电子离域的关键作用；其次，大多数COF仅引入了一到两个电子离域基元，难以满足电子均匀分布调节的实际需求。B-O sp2杂化、p-π共轭和全氟烷基不仅可以作为有效的电子调控策略，为Li+均匀沉积提供有效帮助，还能增加Li+跳跃位点并加速Li+迁移，有效的解决传统COF电解质中由于电荷集中而引发的锂离子在局部位置的累积。

因此，在对上述问题进行深入剖析，并结合前期的研究基础（Adv. Mater. 2023, 40, 2304511; Angew Chem. Int. Ed. 2024, 64, e202422539; Adv. Mater. 2023, 36, 2305818; Energy Environ. Sci. 2024, 17, 780-790）之后，郭洪教授团队通过B-O环和腙键设计出了具有两种共价键连接的COF结构并利用了引入的p-π共轭，B-O环以及全氟烷基来调整COF的电荷分布，使电子以更加均匀的方式分布在电解质中，以此来实现锂离子的均匀沉积。此外，所引入的全氟烷基还可以提升电解质的耐高压性能，从而进一步提升电池的电化学性能。基于此，所设计的pπ-sp2-COF电解质可以在0.3mA cm-2的电流密度下实现2000小时的循化，NCM811也可以稳定循化600圈以上，解决了传统COF电解质循环稳定性差的难题，为今后优化高能量密度锂金属电池电解质提供了一种新策略。

该研究成果得到了国家自然科学基金面上项目、省先进能源材料国际联合研究中心、省高校全固态离子电池重点实验室，云天化股份有限公司及云南大学“双一流”学科建设项目的支持。

来源：材料与能源学院

编辑：张懿淼 责任编辑：李哲