山东大学吴昊、邓伟侨教授团队在锂离子电池材料研究中取得新进展

山东大学化学与化工学院吴昊教授、邓伟侨教授团队在锂离子电池关键材料研究方面取得重要进展。相关成果以“Suppressing the Shuttle Effect of Lithium-Sulfur Batteries via a Multifunctional Separator Modified by Covalent Organic Frameworks”为题，发表在国际权威期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。该研究针对锂硫电池中多硫化物的“穿梭效应”这一核心瓶颈问题，提出了一种基于共价有机框架（COFs）材料的功能化隔膜修饰策略，显著提升了电池的循环稳定性和倍率性能。

锂硫电池因其理论能量密度高（2600 Wh kg⁻¹）、硫资源丰富、环境友好等优势，被视为下一代高能锂离子电池的重要发展方向。硫的绝缘性、充放电过程中多硫化锂的溶解与穿梭、以及锂负极的腐蚀等问题，严重制约了其实际应用。其中，多硫化物的穿梭效应会导致活性物质不可逆损失、库仑效率降低和容量快速衰减。

针对上述挑战，吴昊、邓伟侨教授团队设计并合成了一种二维共价有机框架材料（TpPa-SO₃Li），并将其涂覆在商用聚丙烯隔膜上，构建了功能化隔膜。该COF材料具有有序的孔道结构、丰富的极性基团（磺酸锂）和优异的化学稳定性。实验结果表明，修饰后的隔膜能够有效抑制多硫化物的穿梭：一方面，COF的有序纳米孔道可对多硫化物进行物理限域；另一方面，磺酸锂基团通过强化学相互作用（如锂键和静电排斥）锚定多硫化物，并促进锂离子的均匀传输。

电化学测试显示，采用TpPa-SO₃Li修饰隔膜的锂硫电池在0.5 C倍率下初始放电比容量高达1280 mAh g⁻¹，经过500次循环后仍保持764 mAh g⁻¹的比容量，每圈容量衰减率仅为0.08%。即使在2 C高倍率下，电池仍能释放出890 mAh g⁻¹的比容量，展现出优异的倍率性能。该隔膜还能有效抑制锂枝晶的生长，提升电池的安全性能。

该研究不仅为锂硫电池高性能隔膜的设计提供了新思路，也拓展了共价有机框架材料在能源存储领域的应用。吴昊教授和邓伟侨教授为共同通讯作者，山东大学为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程等项目的资助。

团队表示，下一步将聚焦于COF材料的规模化制备和电池集成优化，推动锂硫电池向实用化迈进。这一进展为开发高能量密度、长寿命的下一代锂离子电池材料提供了重要科学依据和技术储备。