近日，香港科技大學化學及生物工程學系副教授金允燮團隊與上海交通大學溥淵未來技術學院長聘教軌副教授王衍明團隊合作，在鋰金屬電池技術領域取得重要進展。相關研究成果以《用于固態鋰金屬電池的單晶硼酸鹽共價有機框架》為題發表于《先進科學》。
論文通訊作者金允燮介紹，研究團隊成功合成了一種新型材料——“單晶三維硼酸鹽共價有機框架”（單晶三維B-COF），并將其用作固態電解質，顯著提升了固態鋰金屬電池的性能。該成果有望為電動車及大規模儲能系統提供更安全、更高能量密度的創新解決方案。
傳統鋰金屬電池面臨鋰枝晶生長帶來的安全風險，以及不穩定電解質界面導致的快速退化。共價有機框架（COFs）因具有多孔結構和良好穩定性，是極具潛力的電解質材料。然而，大多數COFs為多晶結構，晶粒間界產生的電阻限制了其性能。
為克服這一難題，研究團隊以COF-303為模板，構建了具有高度有序離子通道的單晶三維B-COF。該單晶材料顯著降低了晶界電阻，促進了鋰的均勻沉積，有效抑制了枝晶生長，從而在以下三方面提升了固態鋰金屬電池的性能：
高離子電導率與高遷移數：在準固態條件下，室溫離子電導率達8.1 mS cm-1，鋰離子遷移數高達0.98，確保了離子快速且選擇性地傳輸。
優異的界面穩定性與安全性：在對稱電池中，可穩定支持超過2000小時的鋰沉積/剝離循環，有效抑制危險的鋰枝晶形成。
高效能與長循環壽命：采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極的全電池表現出穩定的循環性能。在0.5C倍率下循環600次后，容量保持率達91.8%，庫侖效率為99.98%，初始容量為147 mAh g-1。
該研究解決了多晶材料結構無序的問題，為實現高性能、高安全的固態儲能方案開辟了新路徑，有望成為推動綠色能源發展的關鍵技術引擎。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202513879
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