Page 60 - 《精细化工）》2023年第10期

第 40 卷第 10 期 精 细 化 工 Vol.40, No.10
2 023 年 10 月 FINE CHEMICALS Oct. 2023

综论
COFs 结构在锂离子电池负极材料中的应用进展

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吴沁宇，王 帅，马子洋，夏爱林，宋广生 ，马扬洲
（安徽工业大学 材料科学与工程学院，安徽 马鞍山 243032）

摘要：共价有机框架（COFs）材料作为一种继金属有机框架（MOFs）后的新型多孔材料，具有独特的空间结
构和可以调控的化学环境，已在储能领域展现出优良的性能和巨大的应用潜力。目前，COFs 材料在锂离子电池
负极上的应用十分广泛。该文结合了近年来 COFs 材料及其相关衍生物在锂离子电池负极上的应用，先简单介
绍其储锂机制及空间结构；接着，探讨了孔径、厚度、官能团及元素掺杂对 COFs 材料电化学性能的影响；最
后，分析并展望了 COFs 材料在锂离子电池负极领域的相关挑战和应用前景。
关键词：锂离子电池；共价有机框架；负极；储锂机制；性能调控
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 10-2138-11

Application advances of COFs as anode materials in lithium-ion batteries

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WU Qinyu, WANG Shuai, MA Ziyang, XIA Ailin, SONG Guangsheng , MA Yangzhou
（School of Materials Science and Engineering, Anhui University of Technology, Maanshan 243032, Anhui, China）

Abstract: Covalent organic frameworks (COFs), a new porous material after metal-organic frameworks
(MOFs), show excellent performance and great application potential in the field of energy storage due to
their unique spatial structure and tunable chemical environment. Currently, COFs are widely used as anode
materials in lithium-ion batteries. Herein, the lithium storage mechanism and space structure of COFs were
introduced in combination with the application of COFs and their derivatives as anode materials in
lithium-ion batteries in recent years. Meanwhile, the influence of particle size, thickness, functional groups
and element doping on the electrochemical performance of COFs materials were reviewed. Finally, the
application prospect and related challenges of COFs as anode materials in lithium-ion batteries were
discussed.
Key words: lithium-ion batteries; covalent organic frameworks; anodes; lithium storage mechanism;
performance regulation

锂离子电池（LIBs）作为目前的一种高效储能 量损失，目前还未得到根本解决 [2-3] 。
方式，在能源汽车等领域具有广泛的应用前景。高 多孔结构和多孔碳材料由于独特的孔隙结构和
的工作电位和能量密度、优异的循环性能和安全环 可以调控的物理化学特性，成为了目前锂离子电池
[1]
保等优势使其在众多金属离子电池中脱颖而出 。目 负极材料的研究重点之一 [4-5] 。共价有机框架（COFs）
前，市场上锂离子电池的负极材料主要以石墨为主， 是一种新型结晶聚合物网格，它由非金属元素（H、C、
[7]
[6]
但石墨具有较低的理论比容量（372 mA·h/g），无 N、O 等）组成 。近年来被广泛应用于吸附和分离 、
[9]
[8]
法满足发展需求，虽然目前也进行了硅基、过渡金 荧光材料 、药物传递 、半导体 [10] 、质子传输 [11] 、
属氧化物（TMOs）等高容量材料的相关探索，但其 光催化 [12] 和能量储存 [13] 等领域。COFs 相比于其他
在脱/嵌锂的过程中，不可逆的体积膨胀所导致的容 多孔材料更轻量化，具有更加稳定的结构，并且结

收稿日期：2022-12-28; 定用日期：2023-04-12; DOI: 10.13550/j.jxhg.20221179
基金项目：高端外国专家引进项目（G20190219004）；安徽省自然科学基金项目（908085ME151）；安徽省高端人才项目（DT18100044）；
浙江省企业产学研合作项目横向基金资助项目（RD18200058、2019H3-7、2020H3-8）
作者简介：吴沁宇（1999—），男，硕士生，E-mail：2468716984@qq.com。联系人：宋广生（1963—），男，博士，教授，E-mail：
song_ahut@163.com；马扬洲（1987—），男，博士，讲师，E-mail：yangzhou.ma@outlook.com。