​港科大JACS：蒽醌基硅酸盐共价有机骨架作为SEI实现高性能锂金属电池

当前的电池设计中，锂金属电池（LMB）具有最高的理论能量密度，因此在储能方面具有巨大的应用潜力。然而，由于枝晶生长和Li负极上不稳定的界面引起的安全问题，LMBs的发展受到了严重阻碍。主链上含有氧化还原活性或阴离子部分的共价有机骨架（COFs）具有高的锂离子电导率和机械/化学稳定性，因此有望用于LMB中的固体电解质界面（SEIs）。

在此，香港科技大学Yoonseob Kim团队通过四羟基蒽醌与二氧化硅的缩合反应合成了含有氧化还原活性和阴离子位点的蒽醌基硅酸盐COFs（AQ-Si-COFs）。研究表明，九个Li⁺介导的充电/放电过程使得AQ-硅-COF在室温下表现出9.8 mS·cm^–1的离子电导率和0.92的单离子传导迁移数。

计算研究也支持九个Li⁺机制。此外，作者使用AQ-硅-COF作为锂负极上的固体电解质界面。具有LiCoO₂正极的LMB电池在高电压、0.25 C下获得188 mAh g^-1的最大可逆容量。此外，这种LMB电池表现出抑制枝晶生长和稳定的循环能力，其容量下降不到3%（100次循环）。

图1.蒽醌硅酸盐 COF (AQ-Si-COF)的制备

总之，该工作制备得到的2DAQ-Si-COFS在其多孔空间中同时具有氧化还原活性和阴离子位点。这些氧化还原活性基团和阴离子基团协同作用，使得AO-Si-COFs表现出9.8mScm^-1的离子电导率和0.92的单离子迁移数。具有高导电性和选择性输运层AQ-Si-COFS在LMB电池中表现出高容量（188 mAh g^-1）和稳定的循环性能(容量衰减<3%)，同时抑制锂枝晶的形成。总的来说，该工作为高性能LMB_S的设计建立一个新的范例。

图2. 电池性能

Anthraquinone-Based Silicate Covalent Organic Frameworks as Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Lithium–Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI: 10.1021/jacs.3c06723