【會議報告】MOF基柔性復合固態電解質及其界面行為

作為全固態鋰電的核心部件，固態電解質的發展受到科研界和工業界的極大關注。目前研究最廣泛的三種固態電解質為：無機固態電解質、聚合物固態電解質和無機/聚合物復合固態電解質。然而，目前還沒有一種固態電解質能夠完全適用于鋰金屬電池中，全固態電池仍存在許多挑戰亟待解決，包括材料不穩定性、界面失效、結構設計以及大規模生產工藝缺失等。

近年來，金屬有機框架(MOF)具有豐富多孔、有序通道、功能可調等結構特征，正在成為能量存儲與轉換領域的研究熱點。研究表明，將MOF應用于固態電解質中具有改善固態電解質各方面關鍵性能方面的巨大潛力，包括提高離子導電性、增強機械強度、優化熱穩定性和電化學穩定性以及改善界面接觸。

目前，MOF基固態電解質存在的主要類型是:單離子傳導MOF固態電解質、離子液體基MOF固態電解質(Li-IL@MOF)、復合聚合物MOF固態電解質。

其中，MOF基復合固態電解質具有高離子電導率、良好的機械性能和優異的熱穩定性等優勢，MOF的孔隙結構為鋰離子提供了快速傳輸通道，聚合物基質增強了電解質的柔韌性，MOF材料的高熱穩定性則提升了電解質的熱性能。

MOF基固態電解質的制備方法

MOF基固態電解質通常由MOF材料、聚合物基質和鋰鹽組成，具有代表性的制備方法主要有冷/熱壓法、流延法、溶液浸漬法、原位聚合法等。

MOF基固態電解質的制備方法，(a)冷/熱壓法；(b)流延法；(c)溶液浸漬法；(d)原位聚合法。

冷壓/熱壓是制備MOF基固態電解質最常用的方法。該方法操作簡單，薄膜結構致密，厚度均勻，熱穩定性好。熱壓的基本工藝通常是先進行球磨，通過局部高溫高壓將電解液粉末混合均勻，然后在一定溫度(100℃左右)和壓力下將得到的配合物壓成膜，以保證電解質中的MOF顆粒與其他填料(如鋰鹽和聚合物)混合均勻。相比之下，室溫下冷壓更方便，操作簡單，通過機械壓制的電解質粉末可以消除溶劑的使用，減少溶劑可能引起的副反應。其基本原理是填料和基體粉末放置在冷卻的容器中，然后裝入特定的模具，擠壓成一定形狀的電解質薄膜。

流延法是一種成熟的薄膜量產技術，適用于MOF基固態電解質的制備。該方法生產效率高、污染少、成本低，可制備厚度均勻、表面光潔度高的電解質薄膜。基本工藝是首先將MOF、聚合物粉末和所需的添加劑混合在特定溶劑中形成糊狀物，然后用刀片將糊狀物滾到脫模模具或光滑的基材上。除去溶劑后，可以得到最終的MOF基固態電解質。

溶液浸漬法是一種簡單、原料利用率高、經濟的方法。該方法首先選擇合適的溶劑或溶劑混合物形成低粘度溶液，然后通過表面張力使溶液充分浸漬，以促進活性成分在MOF表面的吸收，然后通過干燥處理去除多余的液體溶劑，從而得到目標產品。

原位聚合法是近年來發展起來的一種制造復合聚合物快速離子導體的新方法。這種方法可以自由控制聚合物鏈的長度和分子結構，以獲得更適合特定需求的復合材料。其反應所需的較低溫度有助于減少聚合物鏈的分解和物理/化學反應，很好地保護了高分子材料的性能。此外，由于在反應過程中不需要添加任何外部物質，因此所得產物的純度更高。

針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，助推固態電池產業化發展。屆時，來自福州大學的鄭云教授將作題為《MOF基柔性復合固態電解質及其界面行為》的報告。

固態鋰金屬電池由于其高安全性、高能量密度等優勢被認為是極具發展前景的重要儲能技術。開發新型復合固態電解質被認為是有望結合多種材料優勢以提高電池安全性和電化學性能的有效策略。在本次報告中，報告人將聚焦于MOF基柔性復合固態電解質（MSPE）的開發及其界面行為研究，具體包括MSPE的設計與構建，MSPE內部界面的精準調控，以及MSPE與鋰金屬穩定界面的構建與調控。所提出的一系列柔性準固態電解質將為高性能固態鋰金屬電池的設計提供有效解決方案，為能源存儲與轉換領域的材料和結構發展提供新的設計思路。

專家簡介：

鄭云，福州大學教授、博導，福建省“閩江學者”，福建省海外引進高層次人才，2024全球前2%頂尖科學家，2024 Wiley威立中國開放科學高貢獻作者，福州大學新能源材料與工程研究院（張久俊院士團隊）黨支部書記。長期從事固態鋰金屬電池和高溫氫能燃料電池方面的研究。共發表SCI論文80多篇，其中以第一作者或通訊作者在CSR, AM, PNAS, Joule, AEM, AFM等期刊上發表科研論文40多篇，包括多篇高被引論文、熱點文章和封面文章。發表中英文學術專著2本，主持/參與國家級和省級科研項目10多項，受邀擔任國際電化學能源科學院（IAOEES）理事、Renewables, Advanced Powder Materials, Frontiers in Energy等領域知名期刊青年編委和客座編輯。

參考來源：

1.eTran交通電動化《固態電池專題|張久俊院士團隊-面向高性能鋰金屬電池的金屬框架基固態電解質技術》

2.功能材料與器件《MOF基固體電解質界面設計的先進策略》

3.楊曉宇《MOF改性復合固態電解質膜制備及性能研究》

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