💡这项突破是什么?
中国科学院理化技术研究所（以下简称“理化所”）仿生智能界面科学中心有机纳米光子学课题组在金属有机框架（MOF）功能隔膜研究方面取得重要进展。该课题组设计并制备了一种具有阻氧功能的MOF复合隔膜，可有效抑制锂离子电池在过充等滥用条件下的热失控，显著提升电池的安全性。相关研究成果发表在Small（2026，22：e12376）上，论文第一作者为理化所博士生张明，通讯作者为理化所王树涛研究员和刘宏光研究员。
锂离子电池热失控是导致其起火爆炸的主要原因，而隔膜作为电池的关键组件，其性能直接影响电池的安全。理化所团队基于前期在MOF材料可控组装（ACS Appl. Mater. Interfaces，2022，14， 5035）和功能隔膜设计（Electrochim. Acta，2021， 388， 138346；ACS Appl. Mater. Interfaces，2016，8， 7436）方面的研究积累，提出将具有优异氧阻隔性能的MOF材料（ZIF-8）与耐高温的聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）聚合物复合，并通过非溶剂诱导相分离法制备了MOF-PVDF-HFP复合隔膜。
研究表明，该复合隔膜对氧气具有优异的阻隔性能，氧气透过率比商业Celgard隔膜降低了一个数量级。在电池过充测试中，使用该复合隔膜的软包电池电压平台稳定，未发生热失控，而使用商业隔膜的电池则迅速热失控。团队进一步通过原位超声成像技术，直观展示了复合隔膜在抑制电池内部产气和膨胀方面的优势。
此外，研究团队还将具有锂离子导体功能的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）固态电解质引入到MOF-PVDF-HFP隔膜中，构建了MOF-LATP/PP/PVDF-HFP三层复合隔膜。LATP的引入与MOF及PVDF-HFP形成协同效应，所制备的三元复合隔膜兼具阻氧、导锂和增强机械强度的功能。电化学测试表明，该三元复合隔膜与锂负极和高压正极均具有良好的兼容性，组装的全电池在5C高倍率下循环500圈后容量保持率超过80%。
研究还发现，在复合隔膜中引入LATP固态电解质能明显提升Li离子的传导能力和界面的稳定性。使用以该材料制备的隔膜，不仅赋予电池在高倍率条件下循环的稳定性，而且还可以从使用过的电池中拆解回收再利用至少2次。以回收隔膜组装的电池在5C下循环500圈后容量保持率仍超过70%（Small, 2026, 22: e12376）。这些成果表明理化所团队在MOF的电池应用领域已打下了坚实的基础。相关研究得到国家重点研发计划专项资助。
不同隔膜组装软包电池在过充电过程中的原位超声检测图像（a）Celgard 2500 （b）MOF-LATP/PP/PVDF-HFP 隔膜；过充过程中不同软包电池的比容量和电压曲线（c）Celgard 2500 （d）MOF-LATP/PP/PVDF-HFP 隔膜；（e）过充后1 C下软包电池的循环性能。
文章链接：
https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.138346
https://doi.org/10.1021/acsami.2c00390
