香港科技大学工程学院科研团队近日取得突破，成功开发出一种新型机械键合策略，并将其应用于锂金属电池的准固态电解质(QSSE)制备中。该研究首次将机械互锁分子(MIMs)引入共价有机框架(COFs)，通过独特化学性质提升电池安全性与能量密度，相关成果发表于《先进材料》杂志。

传统锂金属电池多采用易燃液态电解质，存在锂负极不稳定、枝晶生长等问题，而固态电解质虽更安全，但离子电导率较低。研究团队创新性地利用冠醚这一关键大环化合物，将其与Li⁺形成络合物后嵌入高结晶度COFs中，构建出MIM-COF QSSE。该体系通过机械键响应力或配位变化，实现高效Li⁺传输与阳极稳定性，突破了传统聚合物电解质离子电导率低的瓶颈。

实验数据显示，MIM-COF QSSE室温离子电导率达3.20×10⁻³ S cm⁻¹，Li⁺迁移数为0.60。以LiFePO₄为正极的全电池测试中，室温0.5C倍率下初始放电容量为113 mAh g⁻¹，循环600次后容量保持率达95%;60℃高温、2C倍率下循环300次后容量保持率仍保持85%，库仑效率高达99.99%。计算研究进一步验证了冠醚动力学特性与Li⁺结合位点，为电解质设计提供了理论支撑。

研究负责人金允燮教授表示：“我们通过研究冠醚在电池中的运动机制，为互锁组分的应用开辟了新路径。未来将聚焦大环化合物功能化，持续开发高性能电池材料。”

更多信息：作者：Muhua Gu等人，标题：《冠醚共价有机框架中机械辅助的锂离子传导及其在锂金属电池中的应用》，发表于：《先进材料》(2025)。期刊信息：先进材料