Arumugam Manthiram最新Angew：COF修饰锂负极10 mA/cm2循环超过1万小时！

锂金属显示出实现高能量密度可充电池的巨大潜力。然而，锂金属电池的实际应用仍然面临着锂枝晶的形成和锂金属上不稳定的固态电解质界面（SEI）的挑战。

德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram等在锂上原位制造薄的共价有机骨架层（COF-Li）以抑制锂枝晶生长并减轻锂负极上的副反应。

图1 材料制备及表征

COF具有周期性且均匀的孔隙率，允许选择性地筛分锂离子并引导均匀的锂沉积。当原位制备的COF-Li作为Li-S电池的负极时，它在更复杂的工作条件下显示出多种优势。首先，COF-Li保护锂免受硫化锂的直接沉积，从而有效提高硫利用率。其次，COF-Li可防止非活性物质的形成，包括氧化硫物质，这有助于提高锂的利用率。最后，COF可有效抑制锂枝晶的生长，并避免有机电解液与锂的直接接触，从而降低电解液的消耗。

图2 对称电池性能

实验显示，COF-Li在反复锂沉积/剥离过程中表现出非枝晶形态，并在10 mA cm^-2的高电流密度和10 mA h cm^-2的高面积容量下表现出超过13200小时的超长循环寿命和仅为16 mV的极低过电位。该方法强调了选择性筛分锂离子和在复杂工作条件下有效保护锂负极的重要性，并为锂负极保护开辟了一条新的道路，也对其他工作条件复杂的金属电池具有指导意义。

图3 锂硫电池性能

Covalent Organic Framework as an Efficient Protection Layer for Stable Lithium-metal Anode. Angew 2022. DOI: 10.1002/anie.202116586

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