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為應對全球日益增長的綠色能源需求，并解決風能、太陽能等可再生能源的間歇性問題，開發先進的儲能電池技術已成為當務之急。當前的研究重點在于降低電池成本并提升能量密度，以滿足未來的儲能需求。在眾多下一代電池技術中，鋰離子電池（LIBs）因其高能量密度、高工作電位和低自放電率等優勢而備受矚目。然而，追求更高的能量密度也帶來了嚴峻的安全挑戰，其根源在于鋰枝晶的生長——這極易引發電池內部短路，甚至導致熱失控。

隔膜作為電池的核心安全組件，其關鍵作用在于：物理隔離正負電極以防止短路，同時允許鋰離子高效通過。但目前商業化的聚烯烴隔膜存在諸多固有缺陷：其較低的孔隙率（~33%）和對電解液的潤濕性差（最大吸收率: 186%），導致了較高的內阻和較低的離子電導率，這不僅限制了鋰離子的均勻、快速傳輸，還加劇了鋰枝晶的生長。此外，這類隔膜熔點低（聚乙烯: ~135°C, 聚丙烯: ~165°C），在高溫下易發生熱收縮，可能導致電極直接接觸，從而構成巨大的安全隱患。因此，如何在確保高離子滲透性和選擇性的同時，兼顧隔膜的熱穩定性與電化學安全性，是當前亟待解決的關鍵挑戰。本研究的目標正是開發一種兼具快速離子傳輸與高效阻燃特性的功能化選擇性滲透膜，為提升電池的綜合性能與安全性提供一種全新且有效的策略。

【工作簡介】

近日，福州大學柏松延課題組在先進電池隔膜領域取得重要突破。該團隊通過界面聚合法，成功構筑了一種新型氟基共價有機框架（TF-COF）膜，旨在全面提升鋰離子電池（LIBs）的安全性能與循環穩定性。該TF-COF隔膜展現出兩大核心優勢：該隔膜具備優異的阻燃特性，在接觸明火時可實現三次離火自熄，極大提升了電池在極端條件下的安全性，為潛在事故中的應急響應贏得了寶貴時間。同時，該隔膜還具有出色的電化學性能：得益于其固有的微孔結構和強親鋰性，該隔膜促進了鋰離子通量的均勻傳輸，實現了高達8.79×10^-4 S cm^-1的離子電導率和0.86的超高鋰離子遷移數（tLi⁺）。在實際應用測試中，搭載該隔膜的NCM811||Li電池在4.5V高電壓、0.5C倍率下循環200次后，容量保持率仍高達87.6%，表現出杰出的循環壽命。這項研究巧妙地融合了COF材料的高選擇滲透性與多次阻燃能力，為開發兼具高安全性、高能量密度與長循環壽命的下一代電池技術開辟了一條極具前景的新路徑。該文章發表在國際頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上。陳旭、李文明等為論文共同第一作者。柏松延、黃淑萍為論文共同通訊作者。

【內容表述】

該研究設計、制備并應用了一種新型氟化COF基（TF-COF）膜并作為LIBs中的多功能隔膜。該團隊以1, 3, 5-三甲?；g苯三酚（TP）與2, 3, 5, 6-四氟-1, 4-苯二胺（TFDA）為單體，通過席夫堿反應成功合成了具有β-酮胺穩定結構的TF-COF材料（圖1a）。為構筑自支撐的薄膜，研究人員采用了一種創新的雙酸催化兩相界面聚合法。其晶體結構分析揭示，該膜通過π-π堆積作用形成了穩定的多孔共價框架，其內部孔道高度有序，并堆疊成二維層狀結構(圖1b)，孔高度排列并堆積成二維層狀結構。整個過程可分為三個不同的階段(圖1c)。該薄膜的形成過程可清晰地劃分為三個階段（圖1c）：階段Ⅰ（初期聚合）：高活性單體迅速擴散至界面，并在此處引發快速聚合，在有機相一側初步形成纖維狀物質。階段Ⅱ（二維生長）：隨著單體不斷消耗，反應界面趨于穩定，纖維狀物質相互交聯，逐步生長為二維片狀結構。階段Ⅲ（成膜完成）：最終，這些片層在頂部匯聚，形成一層完整、致密且連續的薄膜。