香港科技大学开发单晶电解质 助力打造更安全的锂金属电池

盖世汽车讯 据外媒报道，由香港科技大学（The Hong Kong University of Science and Technology，HKUST）化学及生物工程系副教授Yoonseob Kim领导的研究团队在锂金属电池（LMB）技术领域取得了重大突破。该团队成功合成了一种新型单晶3D硼酸盐共价有机框架（B-COF），该材料作为固态电解质展现出卓越的性能，从而显著提升固态锂电池的性能。

图片来源：期刊《Advanced Science》

这项进展有望为电动汽车和大规模储能提供更安全、更高能量密度的解决方案。相关论文题目为《用于固态锂金属电池的单晶硼酸盐共价有机框架（Single-Crystalline Borate Covalent Organic Frameworks for Solid-State Lithium Metal Batteries）》，发表于期刊《Advanced Science》。

传统的LMB面临着锂枝晶形成和电解质界面不稳定导致的快速衰减等安全隐患。虽然共价有机框架（Covalent Organic Framework，COF）因其多孔结构和稳定性而成为极具潜力的电解质材料，但目前大多数COF是多晶的，这会导致显著的颗粒间电阻，从而限制其性能。

为了解决这一问题，研究团队以COF-303为模板，构建一种具有高度有序离子通道的单晶3D B-COF。这种单晶结构显著降低了晶间电阻，促进了锂的均匀沉积，从而有效抑制枝晶的生长。

这项研究工作在离子导电性和选择性方面取得了卓越的成果：室温下，其离子电导率高达8.1mS cm⁻¹，在准固态下Li⁺迁移数为0.98，确保了离子的快速选择性迁移。此外，该方法还具有卓越的界面稳定性和安全性。在对称电池中，该材料能够稳定地进行锂的沉积和剥离超过2000小时，有效抑制有害枝晶的形成。

该电池还具有高效率和长期耐久性。采用LiFePO4阴极的全电池在0.5C倍率下循环600次后，容量保持率达到91.8%，库仑（Coulombic）效率达到99.98%，初始容量为147 mAh g⁻¹，展现出优异的循环性能。

该研究的共同通讯作者Yoonseob Kim教授表示：“我们的研究凸显了单晶3D B-COF作为准固态电解质的巨大潜力。通过消除多晶材料中存在的结构缺陷，我们朝着实现高性能、安全的储能解决方案迈出了重要一步，这对于构建更绿色的未来至关重要。”