不可控的枝晶生长和无限大的体积膨胀严重阻碍了锂金属负极的发展。近日，受数据挖掘中“区块链”概念的启发，苏州大学能源学院邓昭和彭扬教授团队合作利用填充有导电聚合物的金属有机框架材料(MOFs)作为锂的宿主骨架(PPHK)，其中聚吡咯(PPy)作为“链”，填充和连接HKUST-1空腔的“块”。强亲锂性的PPy能引导Li+进入HKUST-1的孔道，并为Li的沉积提供形核位点；而MOF的孔隙能够划分大块Li沉积，并为Li的存储提供空间限域。这种“区块链”协同作用能够在获得高度亲锂表面的同时使锂离子的质量和电荷传输均匀化，从而实现低势垒和无枝晶的锂沉积/剥离，并具有高的库仑效率。对称电池能够在5 mA cm-2的电流密度下稳定循环700圈以上，而全电池能够1 C下循环800圈，每圈的容量损失仅为0.017%。通过引入沉积/剥离的“区块链”管理概念，

本工作有望为无枝晶锂金属负极的构建开辟新的篇章。苏州大学能源学院博士生马勇为第一作者。

Bare-Cu和PPHK@Cu上锂沉积/剥离的形貌演变。在bare-Cu上，孤立的Li核在疏锂的Cu表面上随机形成，由于“尖端”效应和Li沉积在Cu上比在Li上需要更高的势垒，因此Li核逐渐长大并合并成更大的Li畴和枝晶。在剥离过程中，一些松散堆积的枝晶和“死”锂会残留在Cu表面。而对于PPHK@Cu，含有丰富吡咯氮的PPy主链有助于将Li+传输到MOF孔中，Li+在MOF孔中被还原并被空间限制。由于协同效应，Li的沉积/剥离更为各向同性和均匀。

非原位XPS和原位XRD表征。PPHK@Cu循环之后的XPS光谱几乎完全一致，表明所形成的SEI更稳定。在N 1s光谱上观察到的Li3N峰为PPy和Li+之间的阳离子-π相互作用提供了有力的证据。并且由于Li3N具有较高的离子导电性，因此允许Li+快速传输到MOF通道内。而原位XRD进一步证实了Li沉积/剥离过程中的可逆性。在整个放电/充电循环中，与HKUST-1相关的所有衍射峰几乎保持不变，证明MOF拓扑结构具有电化学稳定性，且与电解液相容性良好。Li（110）衍射峰的强度随着放电进行而逐渐变高，在充电过程中逐渐降低。在循环结束时，Li的衍射峰完全消失，证实了PPHK@Cu上高度可逆的沉积/剥离。此外，原位XRD图谱还进一步证明了连续循环过程中MOF结构的稳定性和Li沉积/剥离的可逆性。

来源：苏州大学

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https://doi.org/10.1002/anie.202116291