本文亮点

• 本文描述了一种安全，高功率和长寿命的基于锂离子的有机氧气电池。其使用锂联苯络合物的醚溶液作为液态负极，由双液相催化剂添加剂作为辅助的多孔碳材料作为氧气正极，并使用基于有机金属框架的薄膜作为电池隔膜。

• 基于具有高离子和电子电导率的锂联苯的液态负极，以及有机金属框架薄膜所具有的独特腔体结构对离子的输运调控，有机氧气电池实现了高电流密度（4.0 A·g-1）下的长时间稳定循环（100次）。

• 在循环后有机金属框架薄膜面向液态负极的一侧，观察到并研究了一种类固态电解质层（Solid Electrolyte Interface，SEI），推测了其形成机制，提出其对于液体负极的稳定循环具有重要影响。

将金属锂溶解于联苯的醚溶液得到深色的联苯锂液体负极（图1.a）。将水滴滴入液体负极中，未见明显气泡，反应温和，这表明联苯锂液体负极是一种安全的负极电极材料（图1.b）。通过EIS法和伏安法测得了整体电导率和电子电导率（图1.c）。良好的电导性是其作为液体负极材料的基础。

▲ 图2. 常用固态电解质和金属有机框架薄膜的对比；评价制备的金属有机框架薄膜用于阻挡联苯锂液态负极效果的渗透实验

相较于常用固态电解质材料，金属有机框架薄膜作为隔膜材料具有离子传导性和阻挡大基团分子的基础上，还具有柔性以及良好的可操作性（图2.a）。制备的金属有机框架薄膜均匀致密（图2.b），在渗透实验中，通过电子照片以及FT-IR表征对比，证明金属有机框架薄膜能有效阻挡液体负极中活性物质联苯的穿梭。

▲ 图3. 有机氧气电池的电池构造及其倍率和循环的电化学性能

基于联苯锂液体负极，金属有机框架薄膜隔膜和双液相催化剂辅助的多孔碳氧气正极的电池结构如图3.a所示。受益于液体负极良好的离子和电子电导，以及金属有机框架薄膜独特腔体结构对于离子传输的调控，组装的有机氧气电池在保持了较低的过点位的情况下展现出优异的倍率性能（4A·g-1），以及良好的循环稳定性（100次充放电）。

▲ 图4. 对循环后金属有机框架隔膜上类SEI膜的系列表征及推测的膜组分

在循环后的金属有机框架隔膜上，我们观察到液体负极测生成了一个新的界面层。考虑到该界面一边连接离子传导介质，一边连接具有离子电导和电子电导的液体负极，我们认为提出该界面层是一个类固态电解质界面（SEI）。通过FT-IR和XPS等表征手段，我们推测出该界面层主要成分为Li2CO3, LiF, C–F物质和部分未溶解的联苯。