为应对全球日益增长的绿色能源需求，并解决风能、太阳能等可再生能源的间歇性问题，开发先进的储能电池技术已成为当务之急。当前的研究重点在于降低电池成本并提升能量密度，以满足未来的储能需求。在众多下一代电池技术中，锂离子电池（LIBs）因其高能量密度、高工作电位和低自放电率等优势而备受瞩目。然而，追求更高的能量密度也带来了严峻的安全挑战，其根源在于锂枝晶的生长——这极易引发电池内部短路，甚至导致热失控。

隔膜作为电池的核心安全组件，其关键作用在于：物理隔离正负电极以防止短路，同时允许锂离子高效通过。但目前商业化的聚烯烃隔膜存在诸多固有缺陷：其较低的孔隙率（~33%）和对电解液的润湿性差（最大吸收率: 186%），导致了较高的内阻和较低的离子电导率，这不仅限制了锂离子的均匀、快速传输，还加剧了锂枝晶的生长。此外，这类隔膜熔点低（聚乙烯: ~135°C, 聚丙烯: ~165°C），在高温下易发生热收缩，可能导致电极直接接触，从而构成巨大的安全隐患。因此，如何在确保高离子渗透性和选择性的同时，兼顾隔膜的热稳定性与电化学安全性，是当前亟待解决的关键挑战。本研究的目标正是开发一种兼具快速离子传输与高效阻燃特性的功能化选择性渗透膜，为提升电池的综合性能与安全性提供一种全新且有效的策略。

【工作简介】

近日，福州大学柏松延课题组在先进电池隔膜领域取得重要突破。该团队通过界面聚合法，成功构筑了一种新型氟基共价有机框架（TF-COF）膜，旨在全面提升锂离子电池（LIBs）的安全性能与循环稳定性。该TF-COF隔膜展现出两大核心优势：该隔膜具备优异的阻燃特性，在接触明火时可实现三次离火自熄，极大提升了电池在极端条件下的安全性，为潜在事故中的应急响应赢得了宝贵时间。同时，该隔膜还具有出色的电化学性能：得益于其固有的微孔结构和强亲锂性，该隔膜促进了锂离子通量的均匀传输，实现了高达8.79×10^-4 S cm^-1的离子电导率和0.86的超高锂离子迁移数（tLi⁺）。在实际应用测试中，搭载该隔膜的NCM811||Li电池在4.5V高电压、0.5C倍率下循环200次后，容量保持率仍高达87.6%，表现出杰出的循环寿命。这项研究巧妙地融合了COF材料的高选择渗透性与多次阻燃能力，为开发兼具高安全性、高能量密度与长循环寿命的下一代电池技术开辟了一条极具前景的新路径。该文章发表在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上。陈旭、李文明等为论文共同第一作者。柏松延、黄淑萍为论文共同通讯作者。

【内容表述】

该研究设计、制备并应用了一种新型氟化COF基（TF-COF）膜并作为LIBs中的多功能隔膜。该团队以1, 3, 5-三甲酰基间苯三酚（TP）与2, 3, 5, 6-四氟-1, 4-苯二胺（TFDA）为单体，通过席夫碱反应成功合成了具有β-酮胺稳定结构的TF-COF材料（图1a）。为构筑自支撑的薄膜，研究人员采用了一种创新的双酸催化两相界面聚合法。其晶体结构分析揭示，该膜通过π-π堆积作用形成了稳定的多孔共价框架，其内部孔道高度有序，并堆叠成二维层状结构(图1b)，孔高度排列并堆积成二维层状结构。整个过程可分为三个不同的阶段(图1c)。该薄膜的形成过程可清晰地划分为三个阶段（图1c）：阶段Ⅰ（初期聚合）：高活性单体迅速扩散至界面，并在此处引发快速聚合，在有机相一侧初步形成纤维状物质。阶段Ⅱ（二维生长）：随着单体不断消耗，反应界面趋于稳定，纤维状物质相互交联，逐步生长为二维片状结构。阶段Ⅲ（成膜完成）：最终，这些片层在顶部汇聚，形成一层完整、致密且连续的薄膜。