固态聚合物电解质(SPEs)由于其高安全性,已经成为取代普通液态电解质有希望的候选者。然而,SPE的实际使用仍然受到它们在电极界面层的分解和破坏的限制,特别是在高电压下。南通大学钱涛、苏州大学晏成林等设计并合成了一种新型阳离子共价有机框架(COF)作为强化骨架,以抵抗固态聚碳酸酯电解质的不断氧化分解,它可以稳定正极电解质界面层(CEI)以实现长期循环的固态锂金属电池。图1 COF样品的合成过程和C-SPE的示意图具体而言,受传统钢筋混凝土结构的启发,作者提出了一种加固骨架的策略,通过在聚碳酸酯中引入耐高压阳离子COF材料,形成稳定的CEI支架,避免聚碳酸酯的持久性分解。这里首先设计并合成了一种具有超低HOMO值(-12.55 eV)的阳离子COF,它具有很强的抗氧化能力,作为耐高压骨架材料。然后将抗氧化的阳离子COF引入固态聚碳酸酯电解质(C-SPE)后,稳定的COF作为可靠的支架,防止了CEI的破坏和聚碳酸酯的持续分解,电极/电解质界面的副反应也得到了很好的抑制。因此,与原始固态聚碳酸酯电解质(P-SPE)相比,形成了具有更高模量和稳定性的CEI。图2 C-SPE的表征此外,阳离子COF抑制了阴离子的移动性,促进了锂离子的移动性,有助于提高锂离子转移数(0.62),并且由于阳离子COF的多孔结构产生了额外的锂离子传输途径,离子导电性(25℃时为1.3×10-4 S cm-1)得到了改善。因此,组装后的固态LiCoO2|C-SPE|Li电池实现了160.3 mAh g-1(0.1C)的初始容量,并且在1C下循环200次后,容量保持率大大提高,达到83.9%。这项工作开发了一种新型耐高压固态聚合物电解质,并为设计高能量密度的固态锂金属电池提供了思路。图3 电化学性能Cationic Covalent Organic Framework with Ultralow HOMO Energy Used as Scaffolds for 5.2 V Solid Polycarbonate Electrolytes. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.2022003905