摘要：随着便携式电子设备和电动汽车的快速发展，高能量密度、长循环寿命、快速充电的锂离子电池成为研究热点。以镍钴锰氧化物（如LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂，NCM-811）为代表的高压正极材料虽能显著提升能量密度，却面临结构不稳定、锂离子扩散缓慢的难题。在传统

研究背景

随着便携式电子设备和电动汽车的快速发展，高能量密度、长循环寿命、快速充电的锂离子电池成为研究热点。以镍钴锰氧化物（如LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂，NCM-811）为代表的高压正极材料虽能显著提升能量密度，却面临结构不稳定、锂离子扩散缓慢的难题。在传统电解液中，高压正极易因颗粒开裂、电解质副反应、过渡金属溶解等问题导致容量快速衰减，甚至引发安全性隐患。尽管表面包覆技术被广泛采用，但传统方法难以实现颗粒内外的全覆盖，且可能阻碍锂离子传输。因此，开发一种简单高效、兼具保护与离子传输优化的包覆技术至关重要。

研究内容

本文提出了一种金属有机框架（MOF）液态灌注技术，通过将MOF熔融为液态后均匀渗透至NCM-811等高压正极颗粒表面及晶界，冷却后形成刚性MOF玻璃（Zn-P-dmbIm Glass）涂层，实现全颗粒覆盖。该涂层的创新性体现在：

1. 双层功能结构：

- 外层：电绝缘MOF玻璃，具有2.9 Å的亚纳米孔道，促进锂离子预脱溶剂化，抑制溶剂共嵌入和分解。

- 内层：含Li-P/Li-P-O导电组分，加速锂离子扩散。

2. 全方位保护：涂层有效阻隔电解液渗透，抑制颗粒开裂、氧流失、过渡金属溶解，同时稳定正极-电解质界面（CEI）。

3. 普适性应用：技术可扩展至富锂锰氧化物（LRMO）、钴酸锂（LCO）等其他高压正极材料。

通过原位DEMS、深度刻蚀XPS、TEM分析等表征手段验证，MOF玻璃涂层显著降低了锂离子脱溶剂化和迁移的活化能（从104.3 kJ/mol降至45.7 kJ/mol），并大幅减少CO₂/O₂等副产气体生成。

研究结论

性能突破：采用MOF玻璃包覆的NCM-811（Glass@NCM-811）正极在4.6 V高压下循环400次后容量保持率达91%，5C倍率下容量达165 mAh/g。

实际验证：组装的软包电池能量密度高达385 Wh/kg，循环300次后容量保持率86.9%，展现工业化潜力。

机制明晰：涂层通过双重作用（物理阻隔+化学调控）稳定正极结构，并优化锂离子传输动力学。

研究亮点

1. 首创液态MOF灌注技术：实现正极颗粒级全覆盖，突破传统包覆的局限性。

2. “双功能层”设计：外层抑制副反应，内层加速离子传输，兼顾稳定性和动力学。

3. 普适性与实用性：适用于多种高压正极材料，工艺简单且易于规模化生产。

4. 高能量密度验证：软包电池性能达行业领先水平，推动锂金属电池商业化进程。

文献来源

Bai, L.; Xu, Y.; Liu, Y.; Zhang, D.; Zhang, S.; Yang, W.; Chang, Z.; Zhou, H. Metal-Organic Framework Glass Stabilizes High-Voltage Cathodes for Efficient Lithium-Metal Batteries. Nat. Commun. 2025, 16, 3484. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58639-z

结语

这项研究为高压正极材料的稳定性难题提供了创新解决方案，其“全颗粒保护+离子传输协同优化”的设计理念，或将成为下一代高能量密度电池开发的标杆。未来通过电解液优化与工艺放大，能量密度有望突破400 Wh/kg，为电动汽车和储能领域注入新动力！

来源：飞向属于自己的明天