该研讨中具有配位不饱和Zr⁴⁺位点的金属有机结构（MOFs）被开发为电极添加剂的新式资料库。这些MOFs赋予注入的电解质更宽的电化学安稳窗口（相对于Li/Li⁺为0至5V），并进步了Li⁺的传输功率。从机理上讲，Zr⁴⁺位点与Li⁺溶剂化鞘层之间的强相互作用，构成了精简的、阴离子固定且溶剂分隔的离子对，减轻了静电耦合作用，从而使Li⁺能够在多孔纳米空间中有用搬迁。与此一起，这些溶剂化结构的调理也增强了界面安稳性和电化学安稳性。当在石墨电极和亚Ah等级的全电池中以1.7%（质量分数）的份额添加时，这种MOF添加剂明显改进了Li⁺的分散动力学功用，使电池在超越2C的倍率下仍具有十分杰出的倍率功用，而且循环寿数延长了一倍。此项工作为处理工业LIBs的瓶颈问题供给了一条简略而有用的途径。
研讨人员转向选用一种具有本钱效益的MOF添加剂处理计划，以进步LIBs的离子传输功用。与导电碳添加剂的作用相似，所掺入的MOFs旨在促进电极中优异的Li⁺传导（图1）。为完成这一方针，研讨人员组成了具有配位不饱和Zr⁴⁺位点的微孔MOFs，它赋予浸透其间的电解质杰出的电化学安稳性（相对于Li/Li⁺为0至5V），并进步了Li⁺的传输功率。从机理视点来看，研讨人员以为这种调理作用源于Zr⁴⁺位点对溶剂和阴离子的强亲和力，因而导致阴离子被固定、去溶剂化进程更易产生、构成精简且由溶剂分隔的溶剂化结构，以及加快Li⁺的搬迁。在功用方面，研讨人员以石墨电极和全电池（包含亚Ah软包型电池）为例进行研讨。质量分数为1.7%的MOFs添加剂明显改进了电极内Li⁺的分散动力学功用、使电池在超越2C倍率下的功率输出得到进步，而且延长了循环寿数（包含动态应力测验），这归因于MOFs按捺了浓差极化并增强了界面安稳性。除了石墨电极之外，研讨人员想象还有更多机会去探究超高速率、高电压和高能量密度的厚电极，这为完成高功用LIBs拓荒了一条新途径。
图2.a）由四面体和八面体笼构建而成的UiO-66（MOF）的典型拓扑结构，以有机连接体（BDC）和金属簇（青色多面体）作为结构单元。b）热活化进程的示意图，展现了UiO-66中的Zr₆O₄(OH)₄转变为α-UiO-66中的Zr₆O₆（青色原子：Zr，赤色：O，灰色：H）。c）UiO-66的SEM图画。d）UiO-66和α-UiO-66的N2吸附/解吸等温线以及微孔孔径散布（插图）。e）组成态的UiO-66、UiO-66和α-UiO-66的FTIR。f）注入液态电解质的约束后的MOFs（UiO-66、α-UiO-66）的CV曲线。g）注入液态电解质的约束后的UiO-66的阿累尼乌斯图，依据与温度相关的电导率的线性拟合计算出热活化能。h）α-UiO-66与最先进的进入电解质的结构资料之间的比较。在适用的状况下，样品标示有约束细密化压力、测验温度以及对金属锂的安稳性。i）运用恒电位极化法丈量注入液态电解质的约束后的UiO-66的tLi⁺（插图：极化前后的奈奎斯特图）。
图3.a）切断的UiO-66和α-UiO-66结构的静电势散布（青色原子：Zr，赤色：O，灰色：H）。b）UiO-66和α-UiO-66对EC、DEC以及PF₆⁻的吸附能。分子动力学MD模仿的快照显现了电解质在以下结构中的受限状况：c）UiO-66以及d）α-UiO-66。在以下结构中，环绕Li⁺的（来自EC/DEC的）氧原子和（来自PF₆⁻的）氟原子的相应RDF曲线。在以下结构中，环绕Zr原子的（来自EC/DEC的）氧原子和（来自PF₆⁻的）氟原子的RDF曲线DEC）、以及从约束在UiO-66（LiPF₆/2EC/1DEC）和α-UiO-66（LiPF₆/2EC）中的电解质中解离出一个EC分子的去溶剂化能。MSD曲线显现了在以下结构中的离子传输行为：j）UiO-66以及k）α-UiO-66，其间MSD曲线的斜率与所研讨物种的分散系数成正比。
图4.a）有和没有MOF添加剂的石墨锂电池的Randles-Sevcik图，标明峰值电流与CV扫描速率的平方根之间有线）。b）有和没有MOF添加剂的锂化石墨石墨电池的恒电流循环功用。c）锂化石墨石墨电池在100次循环前后的奈奎斯特图。d）石墨Li电池在0.2C倍率下放电并以不同倍率充电时的倍率功用。e）NCM石墨电池在0.2C倍率下充电并以不同倍率放电时的倍率功用，比较了有和没有MOF添加剂的石墨负极。f）NCM石墨电池的初次动态应力测验曲线。g）NCM石墨电池在1C倍率下的长时刻循环功用，以及h）NCM石墨软包电池（300 mAh）在300 mA电流下的长时刻循环功用。i）MOF添加剂与干流办法的功用评价雷达图。
图5.模仿的二维概念全电池随时刻改变（0、1、10、100、1000、10000 s）的浓度散布图：a）无MOF添加剂的状况，以及b）有MOF添加剂的状况。
总归，该研讨提出了一种运用MOFs的新式颗粒添加剂计划，处理了浆料制备的LIB电极中一个要害的空白问题，即缺少用于增强离子传输的添加剂。经过简略的热活化处理，微孔MOFs在坚持结构完整性和安稳才能的一起，被赋予了低配位的Zr⁴⁺位点。结合试验与理论研讨标明，敞开的Zr⁴⁺位点对注入的溶剂（EC/DEC）和阴离子（PF₆⁻）的亲和力增强，这导致了阴离子的明显固定化（tLi⁺添加超越79%），并拓宽了电化学安稳窗口（相对于Li/Li+为0至5V）。与此一起，Zr⁴⁺位点与Li+对溶剂/阴离子的竞争性结合促进了去溶剂化进程的顺利进行，并削弱了Li+与PF₆⁻之间的静电吸引力。
这有利于小尺度、部分去溶剂化的Li+在阴离子固定的MOF通道内高效搬迁，并支撑电极界面上连接的电荷转移进程。将质量分数为1.7%的MOFs作为添加剂应用于石墨电极的作用得到了成功验证，锂离子分散系数进步了93%，在3C倍率下可获得的容量大幅度的进步，而且在1C循环进程中容量衰减削减。同样地，含有MOF添加剂的全电池（NCM石墨）在动态应力测验中表现出更高的功率输出和继续的能量供给。含有MOF添加剂的按份额扩大的软包电池（300mAh）的循环寿数几乎是对照电池的两倍，在300mA电流下，循环次数从730次添加到了1400次。此外，一个概念性的锂离子电池离子流模型标明，由MOFs引进的非均匀离子传输区域十分大程度上减轻了极化进程中电解质浓度梯度的增加。整体而言，这种具有本钱效益的MOF添加剂计划在进步LIBs的功用和惯例运用的寿数方面具有巨大的潜力。未来的研讨能够探究优化MOF的功用，以便在各种电极化学体系（例如，高镍、高压体系）和工作条件（例如，超高速率、超厚电极）下优化其功用。这些发展可能会进一步稳固MOFs在电池职业中革新性的潜力。
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