中國粉體網(wǎng)訊  作為全固態(tài)鋰電的核心部件，固態(tài)電解質的發(fā)展受到科研界和工業(yè)界的極大關注。目前研究最廣泛的三種固態(tài)電解質為：無機固態(tài)電解質、聚合物固態(tài)電解質和無機/聚合物復合固態(tài)電解質。然而，目前還沒有一種固態(tài)電解質能夠完全適用于鋰金屬電池中，全固態(tài)電池仍存在許多挑戰(zhàn)亟待解決，包括材料不穩(wěn)定性、界面失效、結構設計以及大規(guī)模生產(chǎn)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(tài)電解質中具有改善固態(tài)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(yōu)化熱穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性以及改善界面接觸。

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

其中，MOF基復合固態(tài)電解質具有高離子電導率、良好的機械性能和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性等優(yōu)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(wěn)定性則提升了電解質的熱性能。

MOF基固態(tài)電解質的制備方法

MOF基固態(tài)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(tài)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(tài)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(wěn)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(chǎn)技術，適用于MOF基固態(tài)電解質的制備。該方法生產(chǎn)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(tài)電解質。

溶液浸漬法是一種簡單、原料利用率高、經(jīng)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(chǎn)品。

原位聚合法是近年來發(fā)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(chǎn)物的純度更高。

針對固態(tài)電池相關的技術、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態(tài)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(tài)電池技術開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，助推固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(tài)電解質及其界面行為》的報告。

固態(tài)鋰金屬電池由于其高安全性、高能量密度等優(yōu)勢被認為是極具發(fā)展前景的重要儲能技術。開發(fā)新型復合固態(tài)電解質被認為是有望結合多種材料優(yōu)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(tài)電解質（MSPE）的開發(fā)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(wěn)定界面的構建與調控。所提出的一系列柔性準固態(tài)電解質將為高性能固態(tài)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(fā)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(tài)鋰金屬電池和高溫氫能燃料電池方面的研究。共發(fā)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(fā)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(fā)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(tài)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(tài)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(tài)電解質膜制備及性能研究》

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

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