何向明/徐宏AM：亲水性MOF使富镍锂电池在高H2O/HF含量下稳定循环

微量的原生杂质，如水和氢氟酸（HF），会严重降低锂电池的稳定和长期循环。因此，在整个锂电池的生产过程中，不可避免地需要昂贵的除水过程，这就存在了节能锂电池技术消耗不可忽视的能量的悖论。

图1. 理论计算

清华大学何向明、徐宏等报告了一种独特的离子型金属有机框架（MOF），其能够实现高破坏性的H₂O/HF耐受性锂电池。

具体而言，这项工作利用开放的金属位点和亲氟性与MIL-101(Cr)的高孔隙率相结合来捕捉电解液中ppm级的H₂O/HF杂质。结果，电池的耐水性可以从30ppm大幅提高到800ppm，同时保持合理的高循环性能。

图2. 采用不同隔膜的NMC622│Li电池的性能

实验显示，基于MIL-101(Cr)的LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂(NMC622)│Li电池在使用含800ppm水的普通LiPF₆电解液时，在300次循环后容量保持率达到86%。

即使在含有1107ppm酸性杂质的电解液中，NMC622│MOF│Li电池在长达200次循环中仍然稳定。理论计算进一步显示，这种离子型MOF中的氟位点对H₂O和HF有很强的吸附力，这在已报道的MOF中是非常罕见的。

这一发现为减少锂离子（金属）电池组装过程中对水控制的苛刻要求提供了一种可能的方法。

图3. 在含800ppm水的电解液中的电化学性能

Protophilic MOF Enables Ni-Rich Lithium Battery Stable Cycling in a High Water/Acid Content. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202212292