中國(guó)粉體網(wǎng)訊 2025年3月18日到19日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的2025全固態(tài)電池技術(shù)交流大會(huì)暨第一屆干法電極技術(shù)研討會(huì)在安徽蚌埠隆重召開。會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到了業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對(duì)話欄目，進(jìn)行訪談交流。本期為您分享的是中國(guó)粉體網(wǎng)對(duì)福州大學(xué)鄭云教授的專訪。
粉體網(wǎng)：鄭教授，MOF基電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口如何?是否能夠適配高電壓正極材料?
鄭教授：這是一個(gè)非常好的問題，目前已有研究表明，MOF基電解質(zhì)具有高度可調(diào)性，其電化學(xué)穩(wěn)定性窗口可以通過合理設(shè)計(jì)金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)配體來(lái)調(diào)控。部分文獻(xiàn)報(bào)道中，經(jīng)過優(yōu)化的MOF基電解質(zhì)顯示出寬達(dá)4.5～5 V左右的穩(wěn)定窗口，這為適配高電壓正極材料提供了可能。當(dāng)然，具體的性能還會(huì)受到MOF結(jié)構(gòu)、界面相容性以及整體電池體系設(shè)計(jì)的影響。因此，雖然還需要針對(duì)具體體系做進(jìn)一步驗(yàn)證，但總體來(lái)看，MOF基電解質(zhì)在高電壓應(yīng)用方面展現(xiàn)出非常有前景的潛力。
粉體網(wǎng)：MOF材料在固態(tài)電解質(zhì)中的應(yīng)用具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，您團(tuán)隊(duì)是如何設(shè)計(jì)MOF基柔性復(fù)合電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高離子電導(dǎo)率和機(jī)械柔性的平衡?
鄭教授：我們的團(tuán)隊(duì)采用了多層次設(shè)計(jì)策略，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）纖維基MOF的原位生長(zhǎng)
纖維素等天然纖維狀材料具有良好的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和高比表面積，我們利用其作為基底，通過原位生長(zhǎng)的方法在纖維表面均一構(gòu)建MOF納米顆粒。該策略不僅充分利用了纖維材料的柔韌性，而且定向的纖維材料介導(dǎo)了MOF的定向排列，為鋰離子傳輸提供了連續(xù)且短程的通道，提升了整體離子電導(dǎo)率。
2）與聚合物共混構(gòu)建柔性復(fù)合結(jié)構(gòu)
在MOF原位生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步與高彈性聚合物共混，通過物理混合或原位聚合等工藝，使MOF與聚合物之間形成良好界面。此舉有效促進(jìn)了離子在兩相間的快速傳輸，同時(shí)保持了復(fù)合材料的機(jī)械柔性和穩(wěn)定性。
粉體網(wǎng)：在制備柔性電解質(zhì)時(shí)，如何解決MOF材料與聚合物基體之間的相容性問題?
鄭教授：在柔性電解質(zhì)制備中，MOF與聚合物基體之間的相容性至關(guān)重要。我們通常采用以下策略來(lái)解決這一問題：
1）表面功能化處理
在MOF表面引入適宜的官能團(tuán)（如羥基、羧基、胺基等）能夠增強(qiáng)其與聚合物之間的化學(xué)相互作用，如形成氫鍵或共價(jià)鍵，從而提高兩者的相容性和分散性。
2）界面改性劑的應(yīng)用
利用硅烷偶聯(lián)劑等界面改性劑，在MOF和聚合物之間構(gòu)建橋接結(jié)構(gòu)，有助于緩解界面應(yīng)力和改善整體力學(xué)性能，使復(fù)合體系更為穩(wěn)定。
3）原位聚合技術(shù)
通過將MOF均勻分散于單體溶液中，并在MOF表面進(jìn)行原位聚合，可以在兩相之間形成連續(xù)的聚合物網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)緊密結(jié)合，避免相分離問題，同時(shí)有助于形成高效的離子傳輸通道。
4）工藝參數(shù)的優(yōu)化
精確控制MOF的填料含量和分散均勻性，配合優(yōu)化聚合物的交聯(lián)程度，也能顯著提升兩相間的界面相容性和整體復(fù)合材料的電化學(xué)性能。
通過這些措施，我們能夠在保證高離子導(dǎo)電率的同時(shí)，有效解決MOF與聚合物基體之間的相容性問題，為柔性固態(tài)電解質(zhì)在高性能電池中的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
粉體網(wǎng)：MOF基柔性復(fù)合電解質(zhì)與電極材料(如鋰金屬負(fù)極或高電壓正極)之間的界面相容性如何?是否存在副反應(yīng)或界面阻抗過大的問題?
鄭教授：這個(gè)問題非常好，也非常關(guān)鍵，MOF中金屬位點(diǎn)本身可能具有一定的活性，存在與鋰金屬或高電壓正極反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而引起副反應(yīng)或界面阻抗升高。為此，通過引入功能化官能團(tuán)、使用界面改性劑或構(gòu)建人工SEI層，可有效屏蔽金屬位點(diǎn)，降低其與電極材料直接接觸的可能性，從而抑制不利反應(yīng)。
同時(shí)，在高電壓應(yīng)用中，選用具有寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口的MOF（如經(jīng)過氨基修飾的UiO-66系列）可以降低正極與電解質(zhì)之間的副反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步控制界面阻抗。
粉體網(wǎng)：您如何看待MOF基電解質(zhì)在下一代固態(tài)電池中的應(yīng)用前景?
鄭教授：金屬有機(jī)框架（MOF）基電解質(zhì)在下一代固態(tài)電池中的應(yīng)用前景廣闊，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1）提升離子導(dǎo)電性：MOF材料的高孔隙率和可調(diào)結(jié)構(gòu)有助于構(gòu)建連續(xù)的離子傳輸通道，從而提高電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性。
2）增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度：將MOF引入電解質(zhì)可以提高其機(jī)械性能，抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，提升電池的安全性和循環(huán)壽命。
3）優(yōu)化電極-電解質(zhì)界面：MOF的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性使其在改善電極-電解質(zhì)界面相容性方面具有優(yōu)勢(shì)，減少界面阻抗，提升電池性能。
總體來(lái)看，近年來(lái)，MOF基電解質(zhì)的相關(guān)科研取得了較為顯著的進(jìn)展，在克服一些基礎(chǔ)科學(xué)問題方面，也取得了很多重大突破。然而，MOF基電解質(zhì)在固態(tài)電池中的應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，如規(guī)模化生產(chǎn)的成本和復(fù)雜性，以及在低溫環(huán)境下離子導(dǎo)電性下降等問題。因此，未來(lái)需要進(jìn)一步研究以優(yōu)化MOF基電解質(zhì)的性能，推動(dòng)其在下一代固態(tài)電池中的實(shí)際應(yīng)用。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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