研究背景与内容
开发高性能锂硫电池是一种很有前途的方法，可以比最先进的锂离子电池技术以更低的成本获得更高的能量密度。然而，阻碍其实际应用的主要问题是硫和多硫化物的缓慢动力学和寄生穿梭反应。
在这里，作者用金属有机框架(MOF)支撑多层石墨烯展示了多功能层间设计在解决这些问题方面的重大影响。
研究要点
要点1：作者报道了一种多功能MOF支柱多层石墨烯层间结构，作为LSB分离器屏蔽可溶性多硫化物，催化硫氧化还原转化过程，并调节离子通量以平衡界面浓度极化。作者选择三金属Ni-Co-Mn MOF (NCMMOF)作为支柱构建离子通道互连层间结构，因为它提供了高度有序的微孔和丰富的多催化位点，用于高效的多硫化物筛分/转化。
要点2.这些三金属MOFs同步了Ni、Co和Mn过渡金属的功能。对于Ni和Co，独特且相似的未填充eg电子轨道增强了多硫化物的催化转化。Mn可以作为骨架来稳定MOF结构，以证明其是一个坚固的支柱。研究还表明，NCM-MOF在高温下的吸热分解保证了该分离器具有优异的阻燃性能。以LiNi0.91Mn0.03Co0.06O2为正极，进一步证明了MOF基隔膜在锂金属电池中的应用潜力。
图1：a) NCM-MOF制备示意图。b) NCM-MOF@G材料作为LSBs的分离器示意图。c) NCM-MOF@G的SEM横截面图和元素映射图。d) NCM-MOF@G的孔径分布(插图:对应的BET曲线)。e) PP、石墨烯、NCM-MOF和NCM-MOF@G的TGA曲线。f) PP、石墨烯和NCM-MOF@G阻燃性能照片。g) PP膜和NCM-MOF@G膜软袋电池抗穿刺性红外图像。h) PP膜和NCM-MOF@G膜分离10 mmol L-1Li2S6的实验照片。
图2：在5 mA cm-2下循环后，金属铜和金属锂电极的扫描电镜图像(a, b) PP分离器和c, d) NCM-MOF@G分离器。e)在电流密度为1mA cm-2、面容量为1mA h cm-2的情况下，PP和NCM-MOF@G隔膜对Li//Li对称电池循环稳定性的影响。f)锂离子电池在0.5℃下3 mAh (2 mA cm-2)的循环性能。
文献信息
参考文献：Peng Yang, Jun Qiang, Jiaqi Chen. et al. A Versatile Metal-Organic-Framework Pillared Interlayer Design for High-Capacity and Long-Life Lithium-Sulfur Batteries. Angew. (2024).
文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202414770
第一作者：Peng Yang
通讯作者：费林峰、张洲洋、许明
通讯单位：南昌大学、宁夏大学、西安交通大学
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