在傳統的儲能技術中，鋰離子電池因其能量密度高而備受青睞。但同時面臨著挑戰，如鋰枝晶生長刺穿隔膜、體積膨脹、電解液持續消耗而導致庫侖效率低和電池壽命短等問題。因此，開發能夠調控離子傳輸以抑制鋰枝晶生成的隔膜材料成為焦點。金屬有機框架（MOF）因其比表面積高、納米孔道均一和化學可調性等優點，可用作隔膜的修飾層，有望實現高性能的功能化隔膜。

鋰離子電池隔膜的主要特性

一、什么是MOF？

金屬有機框架（MOF）是由無機金屬離子和有機配體組成的新型多孔材料，具備以下特點：

·極高的比表面積與可調節的孔道結構

·豐富的活性位點與良好的結構可設計性

MOF結構示意圖

這些特性使其在藥物運輸、吸附、儲能和轉化領域表現出優異的性能，尤其適用于電池隔膜的功能化設計，主要優勢包括：

（1）可調控性：通過控制金屬離子和有機配體、改變孔徑，可以適應不同的電池需求。

（2）化學與熱穩定性：可在寬溫度范圍內保持優異的化學和熱穩定性，保障穩定的離子傳輸性能，延長電池壽命。

（3）離子輸運特性：有序孔道結構和高比表面積有助于離子快速、均勻傳輸，提高電池效率。

 MOF基材料在能源轉換和儲存技術的應用

二、MOFs隔膜如何調控離子傳輸？

MOFs具有高度有序納米孔隙，使用MOFs修飾的隔膜可以保證鋰離子在納米通道中均勻傳輸，實現均勻鋰離子流的作用；同時避免雜質離子在正負電極之間穿梭從而降低離子電導率，進而降低電池的容量和多重性能。

（1）尺寸篩分與物理吸附

MOFs具有高度有序、孔徑可調的納米級孔道（通常< 2 nm）。可控制孔隙結構，使其僅適用于傳輸主要離子（鋰離子Li?，水合離子半徑較小），同時物理阻隔體積更大的過渡金屬離子，或通過孔道內的范德華力將其吸附。

（2）化學吸附

經過極性官能團改性的MOFs具有離子篩分作用，孔道表面不同的功能團（如氨基、羧基、羥基等）具有離子配位的潛力，是化學吸附的強位點，可避免雜質離子在孔道中的擴散和吸附行為。

MOF-74-Zn去除Hg2+示意圖

（3）離子交換

某些MOFs結構中的金屬離子可以被電解液中遷移過來的、配位能力更強的過渡金屬離子交換出來。通過這種離子交換，有害離子被吸附在MOFs骨架中。

U-MOF的結構和離子交換去除Cs+示意圖

三、MOFs隔膜的三種形式

1、純MOFs涂層隔膜

優點：熱穩定性、化學穩定性和優異的吸附性能。

缺點：導電性較差、易團聚；成本較高，制備技術相對復雜，難應用于大規模工業生產。

2、MOFs復合材料隔膜

MOFs 基復合隔膜是指將MOFs嵌入到傳統聚合物或纖維素隔膜中，以改善隔膜的性能。

優點：提高電池綜合性能、成本相對較低（每1個17 mm×17 mm隔膜，價格為1.5~5元）。

缺點：需提高MOF顆粒分散性。

3、MOFs衍生物隔膜

MOFs 衍生物通常是指 MOF 經過高溫碳化或在MOF的基礎上引入其他官能團形成的一種多孔晶體材料。

優點：官能團可調、提升電池穩定性、離子電導率和容量。 

缺點：制備復雜、成本較高。

四、結語

MOFs材料為鋰電池隔膜帶來的不僅是性能的提升，更是安全性與壽命的雙重保障。隨著材料合成與工藝技術的不斷進步，MOFs隔膜有望從實驗室走向生產線，為下一代高安全、長壽命鋰電池保駕護航。

參考文獻：

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