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本文由Genfu Zhao、Hang Ma、Conghui Zhang、Yongxin Yang、Shuyuan Yu、Haiye Zhu、Yongjiang Sun和Hong Guo等人共同完成，其中Hong Guo为通讯作者。研究团队分别来自云南大学材料与能源学院、云南省先进能源材料国际联合研究中心、云南云天化股份有限公司研发中心以及西南联合研究生院。该研究发表于《Nano-Micro Letters》期刊。
本研究属于材料科学与能源存储领域，主要关注准固态电池中锂离子（Li⁺）迁移的调控问题。准固态电池因其高安全性和高能量密度而备受关注，但其性能受到电解质中锂离子迁移效率的限制。为了提高锂离子迁移效率，研究者提出了一种通过构建供体-受体（Donor-Acceptor, D-A）连接的共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）电解质来调控电子密度并加速锂离子迁移的策略。该研究的背景知识包括COFs的合成与表征、锂离子传导机制以及密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）在材料设计中的应用。研究的主要目标是开发一种高效的COFs电解质，以提高准固态电池的性能。
研究流程包括以下几个主要步骤：
材料准备与合成
所有起始材料和溶剂均未经纯化直接使用。研究团队合成了三种COFs材料，分别命名为C-COF、N-COF和F-COF。合成过程中使用了四（对氨基苯基）卟啉（TAPP）、联苯二醛（BPH）、联吡啶二醛（BPY）和2,3,5,6-四氟对苯二醛（TFA）等原料。合成反应在1,2-二氯苯、正丁醇和四氢呋喃等溶剂中进行，最终通过乙酸（6.0 M）调节反应条件。
材料表征
通过粉末X射线衍射（PXRD）测量COFs的结晶度，使用布鲁克D8 Advance X射线衍射仪在2°至30°的2θ范围内记录数据。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）研究材料的微观结构。通过氮气吸附-脱附等温线（77 K）测量COFs的孔隙率，使用Quantachrome Instruments的Autosorb iQ2吸附仪进行分析。热稳定性通过热重分析（TGA）在氮气气氛下从25°C加热至800°C进行测量。固体核磁共振（NMR）实验在Agilent VNMRS 600 MHz NMR光谱仪上进行。
密度泛函理论（DFT）计算
使用VASP软件包进行DFT计算，采用广义梯度近似（GGA）和Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）泛函。通过投影增强波（PAW）方法和平面波基组进行结构优化，平面波截断能量设置为450 eV。使用γ点进行k点采样，并通过弹性带（NEB）方法计算锂离子在COFs中的扩散能垒和最小能量路径。
准固态电池的制备与测试
将磷酸铁锂（LFP）、超导炭黑（Super P）和聚偏氟乙烯（PVDF）按重量比90:5:5混合，在NMP溶剂中形成均匀浆料，涂覆在铝箔上，真空干燥后冲压成圆片（直径14.0 mm）。组装准固态电池（Li|COF SSE|LFP），其中LFP为阴极，COF为隔膜，金属锂为阳极。使用Neware CT-4008-5V50mA-164实验室仪器进行恒电流充放电测试，截止电压为2.5-4.2 V。
锂离子迁移数与电导率测量
通过恒电位极化法测量锂离子迁移数（tLi⁺），使用Li/Li对称电池测量直流电流和交流阻抗。通过电化学阻抗谱（EIS）测量C-COF、N-COF和F-COF的锂离子电导率，频率范围为105 Hz至0.1 Hz。
材料表征结果
PXRD结果显示合成的COFs具有高结晶度，SEM和TEM图像显示材料具有均匀的微观结构。氮气吸附-脱附等温线表明COFs具有高孔隙率，TGA结果显示材料在高温下具有良好的热稳定性。NMR光谱进一步验证了材料的结构。
DFT计算结果
DFT计算表明，D-A连接的COFs能够有效调控电子密度，降低锂离子扩散能垒，从而提高锂离子迁移效率。NEB方法计算的最小能量路径进一步验证了这一结果。
电池性能测试结果
准固态电池的恒电流充放电测试显示，使用COF电解质的电池在0.5C至5C的电流密度下均表现出优异的循环性能和容量保持率。锂离子迁移数和电导率测量结果表明，C-COF、N-COF和F-COF均具有较高的锂离子传导能力。
本研究通过构建D-A连接的COFs电解质，成功调控了电子密度并加速了锂离子迁移，显著提高了准固态电池的性能。该研究不仅为开发高效电解质提供了新的思路，也为准固态电池的实际应用奠定了重要基础。
研究还提供了详细的补充材料，包括COFs的合成路线、PXRD图谱、FT-IR光谱、孔隙分布、SEM和TEM图像、EIS谱图以及充放电曲线等，为其他研究者提供了丰富的数据支持。