由于良好的安全性和优异的能量密度，固态电解质（SSEs）成为研究热点和商用电池的有力竞争者。金属有机框架（MOF）材料具有规则的孔径、较大的比表面积，为离子传输提供了快速的通道和大量的反应位点，为高性能固态电解质的制备提供了有力的支撑。近年来，基于 MOF 材料的固态电解质得到广泛研究。扬州大学庞欢团队联合常州大学陈智栋团队系统总结了 MOF 基固态电解质的最新研究进展，包括其合成方法、物理以及电化学性能。最后，提出了该领域发展过程的挑战和机遇，并为制备更优异的 MOF 基固态电解质提供了可能的解决方案。
背景介绍
作为有效和可持续的能源存储设备，二次电池以其无地域限制和可智能化管理而备受关注。作为二次电池的“血液”，电解质起到离子传输、稳定电极等重要作用。然而，目前广泛使用的液态有机电解质具有泄露和自燃等安全问题，使得其应用受到限制。相比之下，固态电解质具有以下优点：（1）较低的泄露风险和较高的安全性；（2）更高的工作温度和更宽的电压窗口；（3）更高的能量密度；（4）低电子电导率和高离子电导率的固态电解质能够在一定程度上抑制电池自放电现象，从而提高电池的容量保持能力。到目前为止，一般认为固体电解质可分为固体聚合物电解质、固体无机电解质和固体复合电解质三大类。但是固态电解质的商业化发展仍然面临一些亟需解决的问题。例如，以无机物为衬底的固态电解质难以适应充放电反应的体积变化，从而使得电池循环寿命短。更重要的是，与固-液界面反应不同，固-固界面反应通常具有复杂而缓慢的反应动力学，阻碍了固态电解质的进一步发展。金属有机框架结构（MOF），具有均匀的多孔结构、较大的比表面积、较高的可设计性等优点，被逐渐应用于高性能固态电解质的制备。随着 MOF 在固态电解质中应用中的快速发展和深入研究，对其研究现状进行了系统地梳理和总结，以期可以为高性能 MOF 基固态电解质的制备提供指导。
MOF 基固态电解质的合成
MOF 作为一种具有丰富孔隙度的三维多孔网络结构，可以为离子扩散提供均匀分布的位置和扩散路径。此外，MOF 内部的孔隙可以限制较大离子的移动，从而进一步促进小离子（Li+ 和 Na+）的转移。此外，优异的表面性能也保证了 MOF 基固态电解质优异的电化学性能。根据固态电解质的组成以及 MOF 所发挥的作用，将 MOF 基固态电解质分为三类，分别为 MOF 掺杂的聚合物固态电解质、离子液体（ILs）掺入 MOF 的固态电解质、MOF 基单离子导电固态电解质。而 MOF 基固态电解质的合成方法则包括以下几种：（1）物理混合法。通过 MOF 和其他添加剂的加入，聚合物链与 MOF 之间形成相互作用力；经过研磨/搅拌和真空处理，可以去除多余的聚合物，液体电解质转化为固态电解质。（2）后接枝法。聚合物单体化学接枝到 MOF 纳米颗粒上，并进一步聚合成固态薄膜。（3）合成后修饰法。将预先获得的 MOF 插入到含有离子液体的溶液中，通过搅拌混合溶液得到目标材料。（4）“瓶中船”法。将离子液体引入 MOF 孔中。
MOF 基固态电解质在二次电池中的应用
首先，许多具有三维开放结构的 MOF 都可以显示出开放金属位点，通过电荷相互作用吸引阴离子，可以提高阳离子迁移数。另外，较大的表面和有序的通道为离子迁移提供了丰富的活性位点和快速通道。第三，较高的结构和官能团可调性为进一步的研究提供了更多的空间。以往的研究表明，基于 MOF 的固态电解质仍有改进的空间，其改进策略可归纳为：（1）MOF 的稳定性和热耐久性会影响固态电解质的工作温度和使用寿命，因此必须保证 MOF 的稳定性和热耐久性。（2）MOF 的尺寸和表面特性影响离子电导率、转移数等电化学特性，进而影响电池性能，因此需要精心设计。（3）MOF 与聚合物的界面反应与离子输运有很大关系，决定了其电化学性能。通过羧基化、胺化等修饰过程，可以增强 MOF 与聚合物基体、离子之间的相互作用，从而增强离子的扩散能力。（4）聚合物作为最丰富的材料，其选择对聚合物基固态电解质的综合性能也有很大的影响。应该设计具有高离子电导率、优异稳定性和宽工作温度的聚合物或其杂化物。（5）MOF、聚合物和锂盐的比例也应仔细控制。结果证明，MOF 填料（约 10 wt%）和锂盐（10~15 wt%）的适度含量可获得优异的性能。
总结与展望
固态电池作为一项新研究，目前还处于起步阶段，其进一步的应用仍然存在许多困难。除了需要满足性能要求外，其商业化应用也应当被重视。因此，进一步探索具有更高电化学性能的固态电解质来满足实际需要是未来的研究方向。
