刘孝波/贾坤AFM：三明治结构MOF修饰隔膜实现无枝晶安全锂金属电池！

开发多功能隔膜可以有效解决锂金属电池（LMBs）的锂枝晶和安全问题。

电子科技大学刘孝波、贾坤等人设计了一种功能性隔膜以调节锂离子传输并提高LMBs的安全性。

图1. 材料制备

具体而言，通过在聚多巴胺（PDA）预改性耐高温多孔超工程聚芳醚腈 (PEN@PDA)两侧原位生长连续刚性MOF层来调节锂离子通量分布并抑制锂枝晶生长。鉴于其在聚合物基底上原位生长的可行性、耐热性和阴离子吸附能力，这里选择ZIF-67作为MOFs的代表性材料来构建MOFs/聚合物/MOFs隔膜。更具体地说，涂有PDA的PEN膜作为反应性基质，能够原位生长均匀的MOF表面层，其精细的形态和表面覆盖率可以通过简单地调节MOF前体溶液的溶剂组成来调节。

图2. 三明治结构MOFs/聚合物/MOFs隔膜的表征

获得的三明治结构MOFs/聚合物/MOFs隔膜有利于锂离子传输的均匀扩散和电解液的快速扩散。由于PEN@PDA膜上MOFs层的亲阴离子特性和明确的固有微孔结构，锂迁移数(t_Li+)从0.22增加到0.81。

密度泛函理论计算验证了MOFs层对阴离子迁移的限制。正如预期的那样，具有大比表面和均匀微孔尺寸的三明治结构MOFs/PEN@PDA/MOFs（以下简称MOFs/NA/MOFs）隔膜能够实现锂的均匀生长和高度稳定的锂沉积剥离。此外，MOFs/NA/MOFs隔膜继承了超工程PEN基体优异的热稳定性，进一步提高了LMBs的安全性能。因此，与采用传统PP隔膜的电池相比，采用MOFs/NA/MOFs隔膜的LFP/Li电池表现出显著提高的循环和倍率性能。

图3. 全电池性能

Metal-Organic Framework Sandwiching Porous Super-Engineering Polymeric Membranes as Anionphilic Separators for Dendrite-free Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207969

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