微量的原生雜質(zhì)，如水和氫氟酸（HF），會嚴(yán)重降低鋰電池的穩(wěn)定和長期循環(huán)。因此，在整個(gè)鋰電池的生產(chǎn)過程中，不可避免地需要昂貴的除水過程，這就存在了節(jié)能鋰電池技術(shù)消耗不可忽視的能量的悖論。

圖1. 理論計(jì)算

清華大學(xué)何向明、徐宏等報(bào)告了一種獨(dú)特的離子型金屬有機(jī)框架（MOF），其能夠?qū)崿F(xiàn)高破壞性的H₂O/HF耐受性鋰電池。

具體而言，這項(xiàng)工作利用開放的金屬位點(diǎn)和親氟性與MIL-101(Cr)的高孔隙率相結(jié)合來捕捉電解液中ppm級的H₂O/HF雜質(zhì)。結(jié)果，電池的耐水性可以從30ppm大幅提高到800ppm，同時(shí)保持合理的高循環(huán)性能。

圖2. 采用不同隔膜的NMC622│Li電池的性能

實(shí)驗(yàn)顯示，基于MIL-101(Cr)的LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂(NMC622)│Li電池在使用含800ppm水的普通LiPF₆電解液時(shí)，在300次循環(huán)后容量保持率達(dá)到86%。

即使在含有1107ppm酸性雜質(zhì)的電解液中，NMC622│MOF│Li電池在長達(dá)200次循環(huán)中仍然穩(wěn)定。理論計(jì)算進(jìn)一步顯示，這種離子型MOF中的氟位點(diǎn)對H₂O和HF有很強(qiáng)的吸附力，這在已報(bào)道的MOF中是非常罕見的。

這一發(fā)現(xiàn)為減少鋰離子（金屬）電池組裝過程中對水控制的苛刻要求提供了一種可能的方法。

圖3. 在含800ppm水的電解液中的電化學(xué)性能

Protophilic MOF Enables Ni-Rich Lithium Battery Stable Cycling in a High Water/Acid Content. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202212292