MOF基電解質：高電壓適配與柔性設計的關鍵突破——訪福州大學鄭云教授

2025年3月18日到19日，由中國粉體網主辦的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在安徽蚌埠隆重召開。會議期間，我們邀請到了業內專家、學者，優秀企業家代表做客對話欄目，進行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網對福州大學鄭云教授的專訪。

粉體網：鄭教授，MOF基電解質的電化學穩定性窗口如何?是否能夠適配高電壓正極材料?

鄭教授：這是一個非常好的問題，目前已有研究表明，MOF基電解質具有高度可調性，其電化學穩定性窗口可以通過合理設計金屬節點和有機配體來調控。部分文獻報道中，經過優化的MOF基電解質顯示出寬達4.5～5?V左右的穩定窗口，這為適配高電壓正極材料提供了可能。當然，具體的性能還會受到MOF結構、界面相容性以及整體電池體系設計的影響。因此，雖然還需要針對具體體系做進一步驗證，但總體來看，MOF基電解質在高電壓應用方面展現出非常有前景的潛力。

粉體網：MOF材料在固態電解質中的應用具有獨特優勢，您團隊是如何設計MOF基柔性復合電解質的結構以實現高離子電導率和機械柔性的平衡?

鄭教授：我們的團隊采用了多層次設計策略，具體體現在以下幾個方面：

1）纖維基MOF的原位生長

纖維素等天然纖維狀材料具有良好的結構連續性和高比表面積，我們利用其作為基底，通過原位生長的方法在纖維表面均一構建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了MOF的定向排列，為鋰離子傳輸提供了連續且短程的通道，提升了整體離子電導率。

2）與聚合物共混構建柔性復合結構

在MOF原位生長的基礎上，我們進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。此舉有效促進了離子在兩相間的快速傳輸，同時保持了復合材料的機械柔性和穩定性。

粉體網：在制備柔性電解質時，如何解決MOF材料與聚合物基體之間的相容性問題?

鄭教授：在柔性電解質制備中，MOF與聚合物基體之間的相容性至關重要。我們通常采用以下策略來解決這一問題：

1）表面功能化處理

在MOF表面引入適宜的官能團（如羥基、羧基、胺基等）能夠增強其與聚合物之間的化學相互作用，如形成氫鍵或共價鍵，從而提高兩者的相容性和分散性。

2）界面改性劑的應用

利用硅烷偶聯劑等界面改性劑，在MOF和聚合物之間構建橋接結構，有助于緩解界面應力和改善整體力學性能，使復合體系更為穩定。

3）原位聚合技術

通過將MOF均勻分散于單體溶液中，并在MOF表面進行原位聚合，可以在兩相之間形成連續的聚合物網絡，從而實現緊密結合，避免相分離問題，同時有助于形成高效的離子傳輸通道。

4）工藝參數的優化

精確控制MOF的填料含量和分散均勻性，配合優化聚合物的交聯程度，也能顯著提升兩相間的界面相容性和整體復合材料的電化學性能。

通過這些措施，我們能夠在保證高離子導電率的同時，有效解決MOF與聚合物基體之間的相容性問題，為柔性固態電解質在高性能電池中的應用奠定堅實基礎。

粉體網：MOF基柔性復合電解質與電極材料(如鋰金屬負極或高電壓正極)之間的界面相容性如何?是否存在副反應或界面阻抗過大的問題?

鄭教授：這個問題非常好，也非常關鍵，MOF中金屬位點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的風險，進而引起副反應或界面阻抗升高。為此，通過引入功能化官能團、使用界面改性劑或構建人工SEI層，可有效屏蔽金屬位點，降低其與電極材料直接接觸的可能性，從而抑制不利反應。

同時，在高電壓應用中，選用具有寬電化學穩定窗口的MOF（如經過氨基修飾的UiO-66系列）可以降低正極與電解質之間的副反應風險，進一步控制界面阻抗。

粉體網：您如何看待MOF基電解質在下一代固態電池中的應用前景?

鄭教授：金屬有機框架（MOF）基電解質在下一代固態電池中的應用前景廣闊，主要體現在以下幾個方面：

1）提升離子導電性：MOF材料的高孔隙率和可調結構有助于構建連續的離子傳輸通道，從而提高電解質的離子導電性。

2）增強機械強度：將MOF引入電解質可以提高其機械性能，抑制鋰枝晶的生長，提升電池的安全性和循環壽命。

3）優化電極-電解質界面：MOF的結構可設計性使其在改善電極-電解質界面相容性方面具有優勢，減少界面阻抗，提升電池性能。

總體來看，近年來，MOF基電解質的相關科研取得了較為顯著的進展，在克服一些基礎科學問題方面，也取得了很多重大突破。然而，MOF基電解質在固態電池中的應用仍面臨挑戰，如規模化生產的成本和復雜性，以及在低溫環境下離子導電性下降等問題。因此，未來需要進一步研究以優化MOF基電解質的性能，推動其在下一代固態電池中的實際應用。

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