开发具有高离子电导率、宽电化学窗口和高机械强度的固态电解质是实现高能量密度固态锂金属电池的关键。共价有机骨架（COFs）因其高度可调的分子结构和理想的有序离子迁移通道而备受关注。

近日，西湖大学徐宇曦研究员报道了首次设计并合成了具有整体取向通道结构的柔性耐高压COF SSE薄膜，用于富镍正极（NMC811）的固态锂金属电池。

文章要点

1）研究人员通过两步法制备了高电压稳定的COF SSE薄膜。第一步，合成了骨架中含有丰富稳定的亲锂三嗪基团和多氟键基团的高结晶度亚胺键合COFs（I-COFs），并进一步通过Povarov反应将动态亚胺键转化为稳定的喹啉键，在不影响结晶度的前提下得到了喹啉键合COFs（Q-COFs）。

2）通过合理引入亲锂基团和电化学稳定的喹啉基芳环键合，制备的COF具有较大的禁带宽度，HOMO值极低（真空下为-6.2 eV），高达5.6 V（相对于Li⁺/Li）的氧化稳定性。

3）通过在预热处理条件下方便地进行机械组装，得到的柔性COF SSE薄膜沿(001)晶面呈整体取向排列，在60 °C时离子电导率高达1.5ⅹ10^-4 S cm^-1，极高的机械强度，杨氏模量高达10.5 GPa。分子动力学模拟表明，锂离子在COF SSE中的传输具有定向跳跃路径和较快的漂移速度。

4）得益于多方面的特性，这种COF SSE薄膜组装的具有NMC811正极的全固态锂金属电池在400次循环后表现出稳定的循环性能，高的库仑效率（>99%）。此外，使用Q-COF SSE组装的软包器件可以在完全折叠状态下工作，显示了的COF SSE在柔性和耐磨固态电池中的良好应用潜力。

参考文献

Chaoqun Niu, et al, High-Voltage Tolerant Covalent Organic Framework Electrolyte with Holistically Oriented Channels for Solid-State Lithium Metal Batteries with Nickel-Rich Cathodes, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202107444

https://doi.org/10.1002/anie.202107444