近日，我院兰亚乾教授团队在国际化学顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上发表了最新研究进展（论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202505626）。该研究报道了一种基于共价有机框架（COFs）的螺旋纳米纤维，可用于锂金属负极界面保护涂层，制备得到的锂金属电池能够在高倍率条件下实现快速的锂离子嵌入/脱出和枝晶抑制，保证了高倍率条件下锂金属电池的稳定运行。论文以“Interweaved Nanofiber Anode Coating Based on Covalent Organic Frameworks for High-Performance Lithium-Metal Batteries”为题。研究生庄惠芬为第一作者，兰亚乾教授和陈宜法教授为通讯作者，我校为唯一完成单位。
锂金属电池（LMBs）因其最低的电化学电位（-3.04 V vs.标准氢电极）和超高的理论容量（3860 mAh g-1）而备受研究人员关注。特别是对于高倍率应用需求，需要锂金属电池的负极具有独特的界面结构来兼具相容性、枝晶抑制、锂离子快速传输等特性。兰亚乾团队通过非线性草酰二肼单元和刚性Cu3单元的组装，设计合成了一种基于共价有机框架的螺旋纳米纤维（ODH-Cu3-COF）并成功应用于锂金属负极界面保护涂层。ODH-Cu3-COF具有丰富的极性官能团和螺旋纳米纤维形貌，制备得到的锂金属电池能够在高倍率条件下实现快速的锂离子嵌入/脱出和枝晶抑制。ODH-Cu3-COF修饰的负极表现出优异的库仑效率（在5 mA cm-2下循环120次达97.5%）和稳定的长循环寿命（在2 mA cm-2和2 mAh cm-2下运行1000小时）。此外，ODH-Cu3-COF@Li||LFP全电池在商业碳酸盐电解质中表现出优异的循环稳定性（5 C电流下循环900次）。理论计算表明，ODH-Cu3-COF具有很高的锂亲和力，可以降低成核势垒以实现快速的脱溶剂过程，从而显著提升高倍率锂金属电池的循环寿命。这一工作为COFs特殊形貌的设计并将其合理应用于负极表面的微结构调控提供了参考。
TOC图. COF多孔纤维涂层用于实现锂离子快速传输及枝晶抑制