金屬有機(jī)框架材料在鋰離子電池中的應(yīng)用綜述

張玉坤 鄒朝輝 張?jiān)葡?/p>

（廣汽豐田汽車有限公司，廣州 511455）

1 前言

能源安全、環(huán)境污染和氣候惡化被認(rèn)為是工業(yè)革命以來(lái)制約當(dāng)今世界發(fā)展的三大挑戰(zhàn)[1-2]。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入，尋找替代能源或能源轉(zhuǎn)換技術(shù)逐漸成為世界各國(guó)的廣泛共識(shí)[3]。鋰離子電池因其生態(tài)安全性和高效率，成為能源領(lǐng)域最具前景的替代技術(shù)之一，在新能源汽車領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[4-6]。

以鋰的過(guò)渡金屬氧化物（如LiCoO2、LiFePO4等）作為正極、石墨作為負(fù)極構(gòu)建的傳統(tǒng)鋰離子電池已達(dá)到其特定能量密度極限[7]。此外，由于鋰儲(chǔ)量有限，鋰離子電池的價(jià)格高昂[8]。新能源汽車需要高能量密度和低成本的可充電電池，因此，探索鋰離子電池的新型材料，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的更高性能和更低成本具有重要意義[9-10]。

金屬有機(jī)框架（Metal-Organic Framework，MOF）材料是一類高度有序的多孔晶體材料。除了具有傳統(tǒng)無(wú)機(jī)多孔材料的優(yōu)點(diǎn)外，MOF 具有超大的多孔表面積、結(jié)構(gòu)化的均勻空間以及豐富的活性位點(diǎn)，而且由于MOF 的性質(zhì)可調(diào)，可以通過(guò)選擇合適的有機(jī)配體和金屬位點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有理想框架結(jié)構(gòu)和功能的MOF 材料，因此其在鋰離子電池領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景[11-13]。

2 MOF材料

MOF 的概念由Yaghi 于1995 年首次提出，由金屬位點(diǎn)（離子或簇）和各種有機(jī)配體組成，如圖1 所示[14]，在過(guò)去的20 余年時(shí)間內(nèi)，研究人員通過(guò)分子設(shè)計(jì)合成了約20 000 種MOF 材料，常見(jiàn)的MOF 材料有拉瓦錫材料研究所的MIL（Material Institut Lavoisier）系列材料、奧斯陸大學(xué)的UiO（University of Oslo）系列材料、三維微孔框架（Porous Coordination Networks，PCN）系列材料、孔-通道式框架（Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIF）系列材料等，可廣泛應(yīng)用于氣體分離/存儲(chǔ)、傳感器、催化及能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域[15-17]。

圖1 MOF結(jié)構(gòu)示意

MIL-177 首次用作鋰離子電池的負(fù)極材料后，MOF 材料應(yīng)用于鋰離子電池的可能性得到了確認(rèn)。此 后，各 種MOF 系 列 材 料 如MIL-53、MIL-10、HKUST-1 等應(yīng)用于鋰離子電池。MOF 材料應(yīng)用于鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)在于其具有物理和化學(xué)穩(wěn)定性、高離子電導(dǎo)率、優(yōu)異的孔隙率和高表面積以及大規(guī)模生產(chǎn)潛力，如圖2所示[18-19]。MOF材料在鋰離子電池的正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜中均得到廣泛的研究和應(yīng)用，如圖3所示[20]。

圖2 MOF適用于鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)性能

圖3 MOF在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用

3 MOF材料用于正極材料

MOF 由金屬位點(diǎn)（Fe、Cu、Mn、Co、Ni）和有機(jī)連接體（羧酸鹽、羥基、多胺等）通過(guò)配位鍵連接而成，考慮到MOF的性能優(yōu)勢(shì)和鐵的成本優(yōu)勢(shì)，Combelles等研究了鐵基MOF 材料在鋰離子電池正極上的應(yīng)用，是MOF 材料應(yīng)用于鋰離子電池正極材料的首次研究實(shí)例[21]。MOF材料具有高比表面積、可調(diào)結(jié)構(gòu)、高度有序的孔、均勻的金屬位點(diǎn)以及可控的化學(xué)功能性質(zhì)等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)正極材料相比，其作為正極材料有諸多優(yōu)勢(shì)[22-24]：MOF 具有高度有序、可調(diào)的金屬位點(diǎn)和有機(jī)配體，可以通過(guò)引入異質(zhì)金屬離子改變MOF 材料的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其作為正極材料的電化學(xué)性能；MOF 材料中的有機(jī)配體可以作為碳源，為電極材料創(chuàng)建均勻的納米碳基質(zhì)或三維碳框架，進(jìn)而增強(qiáng)正極材料的電子導(dǎo)電性；MOF 材料的形態(tài)和多孔結(jié)構(gòu)可以通過(guò)不同的制造/合成工藝進(jìn)行改變，進(jìn)而影響其電化學(xué)性能；MOF 材料的多孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積可以緩解充放電過(guò)程中的體積膨脹。因此，MOF 材料作為鋰離子電池正極材料的研究較多。

Li 等[25]成功合成了基于二茂鐵的MOF 材料——鐵（Ⅲ）1,1′-二茂鐵二甲酸酯（Fe2(DFc)3），用作鋰離子電池的正極材料，得益于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、低溶解度以及Fe2+/Fe3+可實(shí)現(xiàn)可逆氧化還原反應(yīng)，以Fe2(DFc)3為正極材料的鋰離子電池獲得了549 W·h/kg的高能量密度和優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，3.55 V（Li+/Li）電池在電流為50 mA/g時(shí)具有172 mA·h/g的高比容量，而且在電流密度為2 000 mA/g下循環(huán)10 000次后仍具有70 mA·h/g的比容量，如圖4所示[25]。

圖4 以Fe2(DFc)3為正極的電池的循環(huán)性能

Gu 等[26]利用一水合乙酸銅和2,3,6,7,10,11-六羥基三苯基（HHTP）為原料合成了一種新型導(dǎo)電MOF 材料——Cu3(HHTP)2，晶體結(jié)構(gòu)如圖5 所示，并將其作為鋰離子電池的正極活性材料進(jìn)行了研究。由于Cu3(HHTP)2的固有高電導(dǎo)率，電池顯示出約95 mA·h/g 的可逆容量，幾乎達(dá)到其理論值，而且由于Cu3(HHTP)2固有的導(dǎo)電性和二維多孔結(jié)構(gòu)，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在電流為1 C時(shí)，前60次循環(huán)電池容量基本維持在95 mA·h/g，第60～100 次循環(huán)之間的電池容量衰減8.1%，如圖6所示[26]。

圖5 Cu3(HHTP)2的晶體結(jié)構(gòu)示意

圖6 以Cu3(HHTP)2為正極的電池的循環(huán)性能

隨著研究的進(jìn)一步深入，除單一種類金屬位點(diǎn)的MOF 材料用于鋰離子電池正極材料外，逐漸出現(xiàn)基于2 種或2 種以上金屬位點(diǎn)MOF 材料的正極材料，如Li-Co-MOF[27]、Li-Mg-MOF[28]、Li-Mn-MOF[28]等。Li 等[29]研究了鈰（Ce）摻雜的NiCo-MOF 作為鋰離子電池正極材料的應(yīng)用，當(dāng)鈰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，MOF 材料表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能，電池在電流為2 C 時(shí)的初始容量為280 mA·h/g，1 000 次充放電循環(huán)后容量保持率仍達(dá)到92%，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

4 MOF材料用于負(fù)極材料

據(jù)報(bào)道，MOF-177（Zn4O(1,3,5-苯并三苯甲酸鹽)2）是第一種用于鋰離子電池負(fù)極材料的MOF 材料。熱解時(shí)，MOF 結(jié)構(gòu)中的金屬離子可以轉(zhuǎn)化為金屬氧化物，其他元素如碳、氮和氫等氧化后生成各自的氣態(tài)分子。熱解過(guò)程中氣態(tài)分子的釋放有助于金屬氧化物結(jié)構(gòu)中互連孔和多孔殼的形成。金屬氧化物/碳復(fù)合材料形成的多孔結(jié)構(gòu)使鋰離子電池表現(xiàn)出比傳統(tǒng)鋰離子電池更好的電化學(xué)性能[30-32]。但放電過(guò)程中鋰儲(chǔ)存后MOF 結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致MOF-177 的循環(huán)性能較差，從而使鋰離子電池在后續(xù)充放電過(guò)程中的可逆容量大幅降低[33-34]。為改善電化學(xué)性能，研究人員用MOF 材料作為前驅(qū)體合成MOF 衍生物，如多孔碳和碳復(fù)合材料，或?qū)OF 材料作為金屬氧化物納米顆粒的主體制備復(fù)合材料[35-37]。

Qiao 等[38]首先使用化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）方法在硅納米顆粒（Si）表面生長(zhǎng)碳納米管（Carbon Nano-Tube，CNT），然后加入六水合硝酸鈷（Co(NO3)2·6H2O）、2-甲基咪唑和甲醇，通過(guò)自組裝得到Si@CNTs-ZIF-67，后加熱碳化得到ZIF-67 衍生物的多孔碳（C-L-SC），如圖7 所示，多孔碳作為負(fù)極材料時(shí)，可以更有效地適應(yīng)體積膨脹，碳納米管可以提高整體穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，鋰離子電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為2 A/g 時(shí)，初始容量達(dá)到732 mA·h/g，在電流密度為1 A/g 條件下循環(huán)100 次后，容量保留率仍為72.3%。

圖7 C-L-SC的制備流程示意

Dai 等[39]首先將聚丙烯腈（PAN）、2-甲基咪唑（2-MI）溶解于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶劑中，得到的溶液通過(guò)靜電紡絲制備PAN/2-MI 納米纖維（NFs），再通過(guò)與ZIF-67 原位生長(zhǎng)和水熱反應(yīng)合成具有MOF 結(jié)構(gòu)的多孔鈷酸鋅（ZnCo2O4）/碳復(fù)合納米纖維，兼具了MOF 和碳納米纖維的優(yōu)點(diǎn)，MOF 更大的比表面積和晶體缺陷為鋰離子的插入和釋放提供了大量的反應(yīng)位點(diǎn)和通道，并有效緩解了電極反應(yīng)期間的體積膨脹，碳納米纖維提供了優(yōu)異的導(dǎo)電性，加速鋰離子的有效傳導(dǎo)，因此被認(rèn)為是鋰離子電池的理想負(fù)極材料，如圖8所示，所組裝的鋰離子電池在0.1 A/g 的電流密度下，獲得了2 468 mA·h/g的大首次放電比容量，并且在200 次循環(huán)后仍具有2 008 mA·h/g的容量，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖8 ZnCo2O4/碳復(fù)合納米纖維的制備流程示意

Lu 等[40]以CoCl2·6H2O、1, 3, 5- 苯 三 甲 酸（H3BTC）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和乙腈（MeCN）為原料，在高壓反應(yīng)釜中160 ℃條件下反應(yīng)72 h，得到鈷基MOF（Co-BTC MOF），以Co-BTC MOF 作為前驅(qū)體，制備多孔納米結(jié)構(gòu)Co3O4顆粒，如圖9 所示。然后以Co3O4顆粒制作的鋰離子電池為負(fù)極、鋰金屬為正極、LiPF6的碳酸二甲酯/碳酸乙烯酯溶液作為電解液、聚丙烯隔膜為隔膜，制備了鋰離子紐扣電池。通過(guò)對(duì)該電池進(jìn)行電化學(xué)表征發(fā)現(xiàn)，由于Co3O4顆粒的多孔結(jié)構(gòu)有利于電解液滲透到電極材料中，縮短了電子和鋰離子的傳輸路徑，提高了鋰離子的擴(kuò)散速率和電池的循環(huán)性能。此外，多孔結(jié)構(gòu)可以降低鋰化和脫鋰過(guò)程中材料體積的變化幅度，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，在200 mA/g的電流密度下，100 次循環(huán)后，可逆容量達(dá)到924.1 mA·h/g，而在電流密度為1 000 mA/g 時(shí)，300次循環(huán)后的可逆容量仍高達(dá)838.6 mA·h/g。Gou等[41]以Co(NO3)2·6H2O、1,4-萘二甲酸酯（1,4-H2NDC）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）為原料制備了鈷基MOF材料——Co2(NDC)2(DMF)2，并采用類似的方式得到了Co3O4顆粒作為鋰離子電池的負(fù)極材料，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖9 Co3O4的制備示意

5 MOF材料用于電解質(zhì)

與傳統(tǒng)的有機(jī)液體電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)無(wú)毒且可燃性較低、安全性較高，并可解決與鋰金屬負(fù)極界面相關(guān)的大多數(shù)問(wèn)題[42-43]。由于MOF材料導(dǎo)電性差、易于結(jié)構(gòu)調(diào)整，具有可為鋰離子傳輸和離子篩選提供通道的多孔結(jié)構(gòu)，并且能夠抑制聚合物的再結(jié)晶，成為鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)的潛在候選材料[44-46]。

Zhang 等[47]為了解決聚環(huán)氧乙烷（PEO）固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低、電化學(xué)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，以Al-MOF（Al(OH)(1,4-NDC)）納米棒作為填料，以提高PEO 基固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Al-MOF 納米棒的加入有效地抑制了PEO 的結(jié)晶，削弱了PEO 鏈之間的相互作用，顯著提高了離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性。此外，當(dāng)微孔和微納米的Al-MOF 嵌入PEO 中時(shí)，有利于鋰離子的傳輸。與純PEO 固態(tài)電解質(zhì)相比，當(dāng)Al-MOF 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出更優(yōu)的離子傳導(dǎo)率（30 ℃時(shí)為2.09×10-5S/cm，60 ℃為7.11×10-4S/cm）、更大的鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)（0.46）和更寬的電化學(xué)窗口（4.7 V）。因此，將其用于鋰離子電池時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，在60 ℃、0.1 C 條件下，經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后，表現(xiàn)出167.3 mA·h/g 的高容量和87.1%的容量保持率。Xu 等[48]將ZIF-67 作為填料加入PEO 電解質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)具有高表面積的MOF 材料能夠與雙三氟甲磺酰亞胺鋰（LiTFSI）和PEO 基質(zhì)充分接觸，加速聚合物分子鏈的鏈段運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而提高鋰離子遷移效率，如圖10所示。

圖10 復(fù)合電解質(zhì)中相互作用

MOF材料用于固態(tài)電解質(zhì)不僅可以作為填料對(duì)聚合物基體材料進(jìn)行改性，還可以用作基體材料。根據(jù)鋰離子轉(zhuǎn)移機(jī)制，基于MOF 材料的固態(tài)電解質(zhì)可分為2類[49-51]：一是將含有鋰離子的離子液體封裝于MOF 中，復(fù)合電解質(zhì)可以通過(guò)離子液體轉(zhuǎn)移鋰離子，這種固態(tài)電解質(zhì)的離子遷移數(shù)較低；二是MOF功能化，在MOF 的孔隙表面引入可與鋰離子相互作用的化學(xué)基團(tuán)，得到離子導(dǎo)電MOF材料。

Zettl 等[52-53]以九水合硝酸鋁（Al(NO3)3·9H2O）和1,2,4,5-苯四甲酸（H4btec）為原料，得到了Al(OH)(H2btec)H2O（MIL-121 MOF），經(jīng)過(guò)真空加熱將MIL-121 加入氫氧化鋰中，通過(guò)離子交換將鋰離子引入MIL-121 MOF 中，將MIL-121 MOF 浸泡在離子液體1-乙基-3-甲基咪唑啉雙(三氟甲基磺?；?亞胺（EMIM-TFSI）溶液中，從而在MIL-121 MOF 中引入該離子液體。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)EMIM-TFSI 離子液體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到23%時(shí)，電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相較于未加入離子液體的電解質(zhì)提高了8 個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到50 mS/m（30 ℃）。

Zhang 等[54]利用巰基琥珀酸（MA）和氯化鋯（ZrCl2）合成了MOF 材料Zr-MA，在此基礎(chǔ)上分別合成了一系列離子導(dǎo)電MOF 材料：Zr-MA-Li+、Zr-MA-Na+、Zr-MA-K+、Zr-MA-Zn2+。由于該離子導(dǎo)電MOF 材料具有高密度的-SH 官能團(tuán)和吸附的金屬離子，該固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出高離子電導(dǎo)率、低界面電阻、高鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)（0.63）和寬電化學(xué)窗口（4.6 V）。當(dāng)電流為2 C 時(shí)，以Zr-MA-Li+基固態(tài)電解質(zhì)組裝的鋰離子電池首次放電比容量為106 mA·h/g，700 次循環(huán)后，容量保持率為85.3%，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和顯著的循環(huán)穩(wěn)定性。

6 MOF材料用于隔膜

隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵部件，既能防止電極的物理接觸造成短路，又能使鋰離子在整個(gè)充放電過(guò)程中通過(guò)其微孔進(jìn)行傳輸，完成流經(jīng)電池的電流回路。理想的隔膜應(yīng)具有很強(qiáng)的離子傳導(dǎo)性、優(yōu)異的機(jī)械和尺寸穩(wěn)定性、對(duì)電解質(zhì)的顯著潤(rùn)濕性、均勻的厚度以在機(jī)械性能和鋰離子傳輸之間實(shí)現(xiàn)平衡，在電池組裝過(guò)程中易于加工，并具有足夠的物理強(qiáng)度和優(yōu)異的熱性能[55-57]。目前廣泛使用的聚烯烴隔膜，特別是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）隔膜，電解液潤(rùn)濕性和熱穩(wěn)定性差，限制了鋰離子電池市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展[58]，研究人員采取各種措施對(duì)隔膜進(jìn)行改性，使MOF 材料具有納米結(jié)構(gòu)、大表面積和高度有序的孔隙率等優(yōu)點(diǎn)，從而成為高性能隔膜的理想材料。采用MOF 材料對(duì)隔膜進(jìn)行改性主要有2 種方式：一是作為活性填料加入聚合物基質(zhì)，通過(guò)加工得到MOF 基復(fù)合膜；二是在隔膜表面覆蓋MOF材料涂層，實(shí)現(xiàn)隔膜表面功能化[59-60]。

Chen 等[61]通過(guò)靜電紡絲法將HKUST-1 的前驅(qū)體（H3BTC、Cu(NO3)2·H2O）和聚丙烯腈（PAN）溶液制備得到了PAN/HKUST-1 納米纖維隔膜，如圖11 所示。在靜電紡絲過(guò)程中，MOF 結(jié)晶和PAN 固化同時(shí)發(fā)生，避免了傳統(tǒng)方法中出現(xiàn)的HKUST-1團(tuán)聚等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了HKUST-1 在纖維隔膜內(nèi)的均勻分布，納米纖維隔膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能。應(yīng)用該隔膜的鋰離子電池與純PAN 納米纖維隔膜組裝的電池相比，由于納米纖維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了隔膜對(duì)電解質(zhì)的潤(rùn)濕性，在循環(huán)過(guò)程中通過(guò)膜中均勻分布的HKUST-1顆粒的金屬位點(diǎn)穩(wěn)定了均勻的鋰離子通量，因此循環(huán)性能顯著改善，在電流為0.1 C 條件下循環(huán)200 次后的容量保持率為83.1%。Huang 等[62]采用相同方式制備了PAN/ZIF-8 納米纖維隔膜，同樣表現(xiàn)出高孔隙率、增強(qiáng)的電解液吸附性、良好的潤(rùn)濕性和熱穩(wěn)定性。將隔膜用于鋰離子電池時(shí)，顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性，電流為5 C 時(shí)循環(huán)2 000 次后，容量?jī)H下降0.005%。

圖11 靜電紡絲法制備PAN/HKUST-1納米纖維隔膜示意

Hao 等[63]首先合成了鈦基MOF 材料，然后將MOF 材料粉末、全氟樹(shù)脂粉末和聚偏氟乙烯（PVDF）分散在N-甲基吡咯烷酮中形成漿液，并將其涂覆在PP 隔膜表面，在真空條件下干燥10 h，得到MOF 材料涂層的PP 隔膜（MOF@PP）。由于MOF@PP 中的-NH2基團(tuán)與陰離子相互作用，可以促進(jìn)鋰離子的遷移，鋰離子遷移數(shù)從純PP 隔膜的0.45提高至0.68。同時(shí)，MOF 材料功能涂層可以促進(jìn)循環(huán)過(guò)程中均勻的鋰沉積，進(jìn)一步抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，如圖12所示。將該隔膜應(yīng)用于鋰離子電池時(shí)，在電流為0.1 C時(shí)具有139.24 mA·h/g的首次放電比容量，在電流為2 C 時(shí)循環(huán)50 次，仍具有98.08%的容量保持率，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖12 MOF@PP隔膜工作原理示意

Chen等[64]以2-甲基咪唑、Co(NO3)2·6H2O 為原料制備了ZIF-67，將其分散在N-甲基吡咯烷酮（NMP）和PVDF 的混合溶液中，劇烈攪拌后，將形成的均勻漿料涂覆在PP隔膜的兩側(cè)，真空干燥蒸發(fā)溶劑后，得到具有ZIF-67 涂層的PP 隔膜，如圖13 所示。親水和耐熱ZIF-67涂層顯著降低了隔膜的熱收縮，與純PP隔膜相比，提高了潤(rùn)濕性、電解質(zhì)吸收性能和電化學(xué)性能。此外，還有ZIF-8 涂層[65]、MOF-808 涂層[66]等被引入隔膜表面，均有不錯(cuò)表現(xiàn)。

圖13 ZIF-67@PP隔膜的制備流程示意

7 結(jié)束語(yǔ)

MOF 材料由于其可調(diào)節(jié)的孔結(jié)構(gòu)、大孔隙率、高比表面積和結(jié)構(gòu)多樣的特點(diǎn)，適用于鋰離子電池的電極材料、電解質(zhì)和改性隔膜等。相比于傳統(tǒng)材料，MOF 材料更具優(yōu)勢(shì)，如良好的離子遷移率、溫和的化學(xué)相互作用、開(kāi)放的多孔通道以及與碳基電極的化學(xué)/電化學(xué)兼容性。此外，MOF的組成元素易于實(shí)現(xiàn)晶體學(xué)控制，提高了孔隙率和可用性。

MOF 材料的固有缺陷，如低電導(dǎo)率、低穩(wěn)定性、嚴(yán)重的不可逆反應(yīng)和較高成本等，限制了其實(shí)際應(yīng)用。為了解決上述缺點(diǎn)，可以從以下3個(gè)方面改進(jìn)：一是構(gòu)建剛性導(dǎo)電MOF 材料，提高導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性；二是通過(guò)使用MOF 材料作為改性劑和填料來(lái)構(gòu)建MOF 復(fù)合材料，將MOF 材料的優(yōu)點(diǎn)與其他物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合；三是通過(guò)使用天然豐富或易于提取的廉價(jià)原料合成MOF 材料或使用混合溶劑代替生產(chǎn)過(guò)程中昂貴的有機(jī)溶劑，有助于降低MOF 材料的成本。