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当诺奖照亮MOF:一位科学家的锂电产业“破壁”

01/09 11:22
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真正的问题是MOF是否能打破电池性能边界创造增益?

2025年诺贝尔化学奖,将金属有机框架材料(MOF)推至聚光灯下。2025年10月,2025年诺贝尔化学奖授予了北川进、理查德·罗布森与奥马尔·亚吉,以表彰他们在金属有机框架——MOF领域的奠基性贡献。

几乎在同一时间,MOF也开始在产业侧被频繁提及。2025年下半年以来,MOF这一长期停留在科研语境中的材料体系,开始进入锂电产业链的讨论范围,被多家材料与电池环节龙头纳入技术储备与前沿评估视野,并尝试推向市场。

学术认可与产业关注在时间上交叠,20年来鲜少出现的新材料的锂电产业开始关注MOF。

但国内首个对MOF进行产业化探索的蓝廷新能源董事长、中国科学院理化技术研究所研究员吴大勇看来,聚光灯之下只是一个原本已在推进中的材料路线,开始被更广泛,也更严肃地讨论。

在接受高工锂电专访时,吴大勇多次强调,MOF并非“横空出世”的新材料,其真正的问题是它是否能打破电池性能边界创造增益,并实现稳定生产。

一位隔膜研究者,为何最终选择MOF

吴大勇选择在锂电产业发展MOF,源于他对电池膜体系长期演进的判断。

深耕隔膜研究二十余年,他清楚地看到,隔膜在不同阶段承担的角色持续变化:最初是物理隔离与安全冗余;随后通过陶瓷涂层引入,提高耐热与结构稳定性;再往后,随着电池性能目标不断抬升,固态电解质被引入膜体系,开始承担部分离子传导功能。

电池系统同时追求更高能量密度、更高安全性与更长寿命时,单一惰性材料已难以持续满足需求。膜体系开始从“被动承载”,转向“功能参与”。MOF的价值,正是在这一节点上被系统性看见。

一方面,MOF具备明确的电性特征和可设计结构,能够影响电解质解离行为与锂离子迁移过程;另一方面,其孔道结构与官能团设计,为捕获副反应产物、改善界面环境提供了材料基础。

基于这一判断,蓝廷团队在2019年前后启动MOF在复合膜体系中的系统验证,并在2021-2022年间完成关键实验结果、论文与专利布局。

此后,研发重心从“是否可行”转向三个更现实的问题:哪一类MOF真正有效、能否工业化合成、成本与环保是否可控。

MOF为何能够进入电池体系

MOF,是由金属原子簇与有机配体通过配位键构成,形成高度有序的多孔晶体结构,其孔径、通道形貌与表面电性均可在分子尺度上进行设计。大家将其形容为“像搭乐高”,不同结构组合,对应不同功能指向。

MOF早期研究集中于气体储存与分离、催化、光催化二氧化碳转化、药物递送及光伏等领域,其共通特征是:材料性能高度依赖结构精确性。

在吴大勇看来,电池性能提升正越来越受限于微观过程——离子迁移、界面反应与结构稳定性,而这些问题恰恰发生在材料结构尺度上。

固态电池方向,这一判断尤为明确。

以UIO-66为代表的一类MOF材料,在500℃高温、1兆帕压力条件下仍能保持结构稳定。这一特性,使其具备在固态电池等高安全要求应用场景中工作的材料基础。吴大勇教授明确表示,十分看好MOF进入固态电池体系。

MOF在电池中“具体起作用”的方式

蓝廷对MOF的研究,并未停留在材料结构层面,而是围绕其在电池体系中的具体作用展开。

其一,MOF骨架中的金属位点通常带正电性,可削弱锂离子与溶剂分子的结合能,促进去溶剂化过程,从而提升锂离子迁移速率;

其二,有序孔道结构有助于构建更均一的离子传输路径,降低局部极化;

其三,MOF对部分副反应产物(如CO₂、HF)具备吸附或限制能力,有助于减缓电解液消耗。

因此,蓝廷并未将MOF描述为“颠覆性材料”,而是明确其定位:在电池系统不断逼近性能极限时,用尽量小的材料增量,换取系统级改善。

锂离子电池中,蓝廷研究发现,将钴基、银基等MOF引入隔膜或功能涂层,它们大多具备相似的机制:提升锂离子迁移、拓宽电化学窗口、降低界面电阻、促进锂均匀沉积、形成稳定SEI膜等。

在锂金属负极体系中,蓝廷进一步验证了银基MOF的界面调控效应。其可在负极表面诱导形成银锂合金,促进锂的均匀沉积,有助于形成更稳定的SEI膜,从而改善循环稳定性。

反映到对电池性能的提升上,MOF最显著的优势体现在倍率性能上。吴大勇指出:“其核心工作原理是提升锂离子的迁移率,从而在实现快充快放的同时,保持能量密度处于高位。”

这一特性,使其在无人机、高端电动工具等对瞬时功率与循环寿命有苛刻要求的领域,成为理想的性能助推器。他透露,蓝廷的相关产品已在无人机电池等场景中获得应用验证,“这类场景对价格相对不敏感,但对高性能、高安全性有明确需求。我们的超级固态电解质复合膜或MOF功能膜,被证明能发挥良好作用。”

在半固态及接近固态的体系中,MOF的角色开始发生变化。

随着液态电解质用量被压缩,界面接触、常温离子电导与副反应控制成为关键瓶颈。MOF可作为微量电解液或离子液体的载体,通过其孔道结构维持局部润湿环境,从而改善固—固界面传导问题。

蓝廷认为,这一思路是未来固态电池实现可行化的重要辅助路径之一。

精准合成与产业化能力:MOF竞争真正的分水岭

在专访中,当被问及MOF未来竞争的核心是“谁先设计出新结构”,还是“谁能更高效合成并释放先进产能”时,吴大勇教授给出了清晰判断。

在他看来,这两项能力必须同时推进,但在现实竞争中,产业化与合成能力往往更具决定性。

吴大勇透露,蓝廷已在2025年早些时候启动人工智能与机器学习辅助MOF结构设计的部署。在团队内部,这一认知已高度统一:在MOF设计领域,如果脱离AI辅助,效率和方向性都会受到限制。

但与此同时,他也强调,真正拉开差距的,往往不在于“能否算出结构”,而在于“能否把结构稳定、持续地做出来”。

MOF的合成门槛看似不高,但一旦进入产业化阶段,合成路径、反应条件、纯度、结晶过程及后处理方式,都会直接影响最终结构一致性与电化学行为。

这也是吴大勇对“MOF不好用”这一行业观点的直接回应。在他看来,这种判断更多源于研究不够深入、合成方法不到位,以及在材料设计阶段未将产业化约束纳入核心考量。

正因如此,蓝廷将合成与工程化能力视为自身构建的核心优势之一。相较于前端计算设计能力,蓝廷在后端合成放大与工程实现上,具备更强的执行确定性,形成明确的技术壁垒。

其逻辑非常明确:用AI提升结构探索效率,用工程化能力筛选真正“能用”的MOF。

产业节奏:围绕“超级固态电解质”的两层推进路径

在产品层面,蓝廷新能源并未将MOF作为单一材料对外输出,而是围绕其在电池体系中的功能定位,逐步构建起以超级固态电解质为核心的产品与技术路径。

吴大勇介绍,当前蓝廷的产品布局主要集中在两类方向:

第一类,是MOF功能材料及其复合物,用于隔膜涂层或界面调控,在锂离子电池及半固态体系中,通过改善离子迁移、界面稳定性等方式,提升电池综合性能。同时,蓝廷与具备基膜产能的企业(东峰集团)进行协同与资源整合,向市场输出添加MOF的高性能隔膜。

第二类,是面向半固态及接近固态体系的MOF参与型复合电解质材料。在这一方向上,蓝廷正在重点推进的产品,是其定义的“超级固态电解质”,是由高性能固态电解质与MOF材料复合形成的体系化产品,聚焦蓝廷MOF技术的差异化优势,避免锂电产业的同质化内卷。

按照蓝廷规划,该类产品将于2026年前后推向市场,并已与天目先导、江苏蓝固等多家创新型企业展开协同研发与适配验证。

而蓝廷新能源选择以MOF为核心材料的锂电产业探索之路,也正是在回答目前锂电产业的创新边界之问:当电池性能不断逼近极限时,材料还能从哪里提供结构性增量。

MOF,正是一位科学家给出的现实解法。

声明:本文章属高工锂电原创(微信号:weixin-gg-lb),转载请注明出处。商业转载请联系(微信号:zhaochong1213)获得授权。

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