百合花  603823    COFs材料    主板龙头  

  COFs（共价有机框架结构）是一种具有多孔晶体结构和强共价键连接的有机聚合物，主要由轻元素（如碳、氢、氮、氧、硅、硼等）构成。自2005年Yaghi等人首次通过水热法合成了由 B-O 共价键连接的有机多孔框架化合物 COF-1和 COF-5以来，这种与MOFs结构类似的有机多孔材料迅速受到人们的热捧。根据其空间结构，COFs可以分为二维和三维结构。三维COFs中在催化、气体吸附等方面应用较多，这一点与MOFs相似。二维COFs在储能领域具有广阔应用前景。本期整理了近期发表在顶刊的COFs的研究进展，一起看下~

那今天就来简单说说COFs材料在固态电池中的应用。

锂电池的问世最早可以追溯到20世纪60年代，最早的锂电池包括概念的提出，负极是金属锂，因为金属锂具有每g大概3800mah的高比容量，低电势，低密度等优点，是一种理想的材料，但由于金属锂化学活性太高，十分容易与水和氧气发生剧烈副反应，加上容易生长枝晶，而最终在1985年，日本化学家吉野彰采用石墨替换锂金属作为负极，发明了第一个可商业化应用的锂离子电池，也正是因为在锂电领域的卓越贡献，吉野彰同另外两名化学家获得了2019年诺贝尔化学奖。用石墨替换金属锂最大的代价就是牺牲了比容量，大概只有金属锂的十分之一380mah/g，这么多年过去了，锂枝晶和副反应依然是锂电池发展路上最难解决的问题，而负极材料从锂电池石墨负极到其他碳材料负极，再到半固态硅碳负极，都提升有限，这迫使我们一直在寻找更好的材料来恢复曾经失去那90%的容量。随着固态电池固态电解质的出现，安全问题的突破，硅碳负极将成为过渡产品，锂金属负极将重登历史舞台，也将是固态电池最终的方向。

说到COFs材料在固态电池中的应用，我们先看清华大学课题组的研究成果之一

在LI-LI电池性能试验中，实验结果表明COF材料在稳定锂金属负极中可以发挥重要的作用，并产生了非常超预期的结果。普通隔膜组在运行200小时候出现了短路，拆开电池发现锂枝晶疯狂生长，锂电极表面有很多副反应产物，COF微孔膜的一组运行2000小时后，不但没有枝晶的生长，金属电极锂片竟然还有光泽，也就意味着锂金属电极连副反应也没有，上文说到，锂枝晶和副反应依然是锂电池发展路上最难解决的问题，现在锂电池企业能做到的就是控制枝晶的生长，但是控制锂金属电极副反应，除了清华实验室使用COFs材料的研究成果，目前据了解还没有第二家能做到，循环之后的锂片没有副反应，这个结果对于行业来说都是具有不止一个代差的技术进步。

我们再来看一组COF隔膜在提高导电率的实验

这个实验数据比较直观和简单，就不再解读了，就是提高导电率。

以上只是COFs应用的两个方向，也是有固态电池强逻辑的基础，但这只是COF是材料应用的冰山一角，这也是为什么说COFs不必蹭固态电池的概念的原因。由于COFs刚性框架结构，高表面积比，低溶胀，结构贯通，孔径可调等诸多优势，COFs材料的表面积比一般在小几千㎡/g，而传统多孔材料一般几百㎡/g，这种材料作为吸附剂对目前的传统树脂确实是降维打击。之所以没有大规模应用仅停留在学术研究，只因为之前只能在实验室毫克级的合成，价格昂贵，论毫克卖，并且有钱也买不到更多的原材料，阻碍了产业化发展。宝丽迪子公司耀科新材料实现了世界首次的吨级制备，而且独创的绿色熔融技术反应简单，成本低，更环保，可以说是解决了阻碍COFs材料产业化的世界级难题，量产材料根据官能团不同，纯度不同，价格也会略有差异，总之，开始价格不会太便宜，现仅用得起的卖，以下是均孔树脂与传统树脂的对比，优势一目了然。

COFs材料未来还有更多应用，比如海水淡化，核污染防治，水污染处理，生物医药，空气治理，储氢储能，光电材料，传感，催化，湿法冶金，气体捕捉提纯等，这里储氢是未来理想材料之一，有机会细说，总之，COFs材料是未来炙手可热的发展应用方向，同时宝丽迪自身基本盘也很稳。