全球率先推动MOFs材料在碳捕集领域商业化后,巴斯夫BASF明确列出了其在包括除湿(集水)、储能(甲烷吸附)等以气体分离方向为主的定制化能力,虽然可以查阅到其他多孔膜、聚合物复合材料和电池电极等其公开的专利涉及MOF,但都未达到商业化水平。与此形成对比的是,我国有关MOFs材料在电池隔膜应用公开的专利、科研探索、项目小中试等以绝对数量处于全球领先——这显然与我国电池、储能、电动汽车的强大产业基础密切相关。
一、近年国内MOFs隔膜涂覆科研项目进展(部分)
广东工业大学黄少铭教授/张琪副教授的团队通过在阻燃材料-聚磷酸铵(APP)表面原位生长薄的MOF壳层,成功构建了核壳结构的阻燃材料,并进一步制备成多功能的阻燃涂覆隔膜,实现了锂金属电池的安全性和电化学性能的双重提升。

基于APP@MOF核壳结构的多功能阻燃隔膜的设计策略
浙江大学张漩、西南大学徐茂文等通过金属有机框架的多功能性,为电池隔膜提出了一种多功能涂层集成策略,并将其集成到锂硫电池中。实验验证其显示出卓越的循环稳定性,并具有出色的倍率性能,该策略不仅提高了锂硫电池的性能,还为未来不同类型电池隔膜的设计开辟了新方向。

复合隔膜制备过程示意图
中国科学技术大学曹晏课题组等人提出了一种创新的隔膜设计思路,通过将氟化物(−F)与磺酸(−SO3H)双极性功能团协同引入UIO-66金属有机框架(MOF)中,精准构建出具备极性调控与离子筛分功能的多功能隔膜,结果突显了协同功能基团策略在解决钠金属电池(SMBs)限制中的关键作用。

协同双极功能化MOF改性隔膜抑制枝晶生长
兰州理工大学冉奋团队提出了一种创新的解决方案——氨基功能化Ti-MOF修饰层,旨在解决多硫化物穿梭体的问题,为锂硫电池隔膜设计提供了新的思路和方法,也为其他新型储能电池的隔膜设计提供了有益的借鉴和参考。

MOF修饰抑制多硫化物穿梭示意图
二、近期国内MOFs隔膜涂覆产业项目进展(部分)

10月25日,据常州金坛融媒报道,包括“MOF基半固态电池功能涂覆隔膜”在内的三个新能源领域新材料成果转化和和中试熟化项目同日签约落户常州市金坛区朱林镇。
10月13日,据无锡市滨湖区报道,位于蠡园开发区企业的无锡新储材料科技有限公司首条百吨级产线计划年底投产。
今年8月,当地知名媒体披露,杭州萧山区浙江汶纳新材料科技有限责任公司的MOFs隔膜产线已进入中试运行阶段,预计2026年底实现首款隔膜产品商用。
广东碳语新材料有限公司(碳语新材)无疑是目前行业领跑者。2023年初,公司在珠海成立,主攻MOF的研发与生产。三年来,已获得超过60项技术专利,产品种类覆盖40余种,与比亚迪、宁德时代等储能行业龙头建立合作关系。2024年公司已实现百吨级产能。今年9月,碳语新材与金湾金帆科技园签约,在此投资建设全新的千吨级生产车间,以提升MOF相关产品的生产能力。

适用于多种新能源电池隔膜涂覆的KAR-02聚合物微球SEM图(碳语新材)
小结
据上述信息,MOF材料用于锂电池隔膜涂覆主要作用是有效提高电池的热稳定性,提升电池的使用寿命和传导效率,以及为固态电池的产业化提供可能性等。并且国内MOF材料从批量化生产,到该领域研发到应用都取得国际领先地位。
最后,对主力电池厂家的相关专利稍作统计,由宁德时代(CATL)主导并拥有最大数量,通用汽车(GM)也有一些储备。现阶段,受限于MOFs产能、成本、一致性,以及电池包安全和可靠性的严苛验证流程等原因,大多数MOF用于电池隔膜/隔膜涂层项目还远未达到碳捕集领域的商业化水平。
粉体圈启东