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研究发现螺旋纳米纤维COFs提升锂金属电池高倍率性能 |
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近日，华南师范大学化学学院教授兰亚乾团队研究报道了一种基于共价有机框架（COFs）的螺旋纳米纤维，可用于锂金属负极界面保护涂层，制备得到的锂金属电池能够在高倍率条件下实现快速的锂离子嵌入/脱出和枝晶抑制，保证了高倍率条件下锂金属电池的稳定运行。相关成果发表于《德国应用化学国际版》。
锂金属电池凭借其最低的电化学电位（-3.04 V vs.标准氢电极）以及超高的理论容量（3860 mAh g-1），一直以来都是科研人员关注的焦点。然而，在高倍率应用场景下，锂金属电池的负极面临着诸多挑战，需要同时具备与电池其他部分的相容性、抑制枝晶生长以及实现锂离子快速传输等特性。
为了攻克这一难题，兰亚乾团队通过非线性草酰二肼单元和刚性Cu3单元的组装，设计合成了一种基于COFs的螺旋纳米纤维（ODH-Cu3-COF），并成功应用于锂金属负极界面保护涂层。ODH-Cu3-COF具有丰富的极性官能团和螺旋纳米纤维形貌，制备得到的锂金属电池能够在高倍率条件下实现快速的锂离子嵌入/脱出和枝晶抑制。ODH-Cu3-COF修饰的负极表现出优异的库仑效率（在5 mA cm-2下循环120次达97.5%）和稳定的长循环寿命（在2 mA cm-2和2 mAh cm-2下运行1000小时）。
此外，ODH-Cu3-COF@Li||LFP全电池在商业碳酸盐电解质中表现出优异的循环稳定性（5 C电流下循环900次）。理论计算表明，ODH-Cu3-COF具有很高的锂亲和力，可以降低成核势垒以实现快速的脱溶剂过程，从而显著提升高倍率锂金属电池的循环寿命。
该研究工作为COFs特殊形貌的设计并将其合理应用于负极表面的微结构调控提供了参考。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202505626
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