锂硫（Li–S）电池由于其较高的理论比能量密度而已成为有前途的储能器件。然而，S正极的穿梭效应和不可控Li枝晶生长而导致的较差的循环稳定性严重限制了Li–S电池的实际应用。通过将S和Li封装到多孔骨架主体中，可以有效解决上述问题。金属有机框架（MOF）/共价有机框架（COF）由于其可调的骨架，结构多样性和功能多样性而具有巨大的应用潜力。

有鉴于此，澳大利亚伍伦贡大学郭再萍教授，华中农业大学叶欢副研究员系统地总结了MOFs/COFs及其复合材料在Li-S电池中的硫基质、电解液容器、隔膜、锂枝晶阻挡层等方面的应用。

文章要点

1）与通常报道的多孔碳基载体相比，MOFs/COFs具有高结构可控性、材料种类繁多等优点。作者重点总结了纯MOFs/COFs和MOF/COF复合材料作为Li-S电池硫基质的最新研究进展。

2）由于Li的费米能高于常用液体电解质的最低未占用分子轨道（LUMO），因此金属Li可以自发地与电解质反应形成固态电解质中间相界面（SEI）。这种寄生反应会消耗电解质和锂，导致库仑效率低并降低电池的长期使用寿命。通过将微量液体电解质封装在多孔结构中而形成的液态电解质容器可以有效解决上述问题。具有可控孔结构的MOFs/COFs可以有效封装液态电解质的能力，因而在锂金属电池中具有重要的应用价值。通过化学作用或多孔限域将锂盐中的大阴离子捕获到孔内，使得锂离子很容易从锂盐中解离出来，形成单离子通道，从而表现出快速的传输动力学。这一策略被广泛用于提高电池，特别是固态电池的锂离子导电性。此外，在MOFs/COFs的有机骨架中加入液体可以为活性材料提供良好的界面接触。

3）隔膜作为Li-S电池的关键部件之一，对提高电池的循环性能起着至关重要的作用。隔膜需包含合适的通道来捕获多硫化物，同时提供快速的Li⁺传输途径。此外，还应该能够分布Li⁺通量并诱导均匀的Li沉积。其杨氏模量也应该是锂金属的两倍(>7 GPa)，以抑制Li枝晶生长。MOF/COF的固有优势使其在制备高性能锂硫电池隔膜方面具有良好的应用前景。

4）在锂负极上设计多孔界面层可以有效地抑制副反应，保证均匀的锂离子通量，降低局部电流密度，调节锂沉积。电绝缘MOF/COF具有结构多样、机械强度高、孔隙率可调、易于离子传输等优点，因此是界面层的有效候选材料。作者总结了MOF/COF改性的Li金属负极的研究进展。

参考文献

Zi-Jian Zheng, et al, Recent Progress on Pristine Metal/Covalent-Organic Frameworks and Their Composites for Lithium–Sulfur Batteries, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D0EE03181J

https://doi.org/10.1039/D0EE03181J