近日，西南交通大学杨维清、董盼盼团队在材料科学Top期刊《Advanced Fiber Materials》（中科院一区Top期刊，影响因子21.3）发表题为《Electrospun MOFs/Polymer Nanofiber Electrolytes for Solid–State Lithium Batteries: Interface Engineering and Synergistic Ion Transport》的综述论文。论文第一完成单位为西南交通大学，第一作者为24级博士甘雪梦和24级硕士古良杰。
静电纺丝能将金属有机框架(metal-organic framework, MOF)与聚合物均匀复合，克服传统共混易团聚、界面差的难题。MOF的多孔通道为锂离子提供快速传输路径，其金属位点锚定阴离子、促进锂盐解离；聚合物则赋予电解质柔韧性与成膜性。二者协同，既提升了离子电导率，又有效抑制锂枝晶生长，实现高安全、长寿命固态电池。该综述系统阐述了静电纺丝技术在制备MOFs/聚合物复合固态电解质领域的核心进展。对比了两种MOFs与聚合物的关键集成策略——MOFs共混掺杂与MOFs原位生长：深刻揭示了不同结构下锂离子的“跳跃-扩散”协同传输机制。前者MOFs随机嵌入纤维内部，离子传输依赖聚合物连续相及界面跳跃，通道不连续；后者通过MOFs在纤维表面形成连续定向晶层，构筑贯穿的多孔通道，实现MOFs孔道内高通量扩散主导的快速离子传输。最后分析了MOFs/聚合物复合固态电解质目前面临的挑战和发展方向。
正文内容：
传统制备MOFs/聚合物复合电解质的方法就像把沙子拌进水泥，MOFs颗粒容易团聚，与高分子“面和心不和”，导致离子传输路径断断续续，电池性能大打折扣。静电纺丝技术区别于传统的物理混合法，通过原位生长或后功能化策略，能够在纳米尺度上实现金属有机框架与聚合物的高效杂化。该技术所制备的复合纳米纤维膜，有效解决了MOFs颗粒的团聚问题，实现了MOFs的均匀分散与高负载量，并优化了膜结构的完整性。这些结构特性对于构筑高性能固态电解质至关重要，其互联的离子传输网络有助于促进Li+的快速传导，同时稳定电极/电解质界面，有效抑制电解质分解副反应。图1是静电纺丝MOFs/聚合物复合材料取得的研究进展。
图1 静电纺丝MOFs/聚合物电解质发展历程
该综述系统梳理了当前静电纺丝构筑MOFs/聚合物电解质的两种主要集成策略及其对应的离子输运机制，如图2：
MOFs嵌入聚合物纳米纤维：MOFs被包埋在纤维内部，离子主要通过连续的聚合物相迁移，并在聚合物/MOFs界面处辅助跃迁。尽管理论上离子可通过MOFs孔道传输，但由于MOFs填料的随机分散和取向不佳，该路径通常不连续。
MOFs在聚合物纳米纤维上原位生长：MOFs在纤维表面形成连续且取向的晶态层，构筑了高度互联的多孔通道。离子主要通过MOFs本征孔道进行高通量扩散，并借助表面官能团介导的迁移进一步强化。该结构通常能形成更连续有序的传输路径，从而获得更高的传导效率。
图2 静电纺丝MOFs/聚合物电解质集成策略对比
文章综述了近五年静电纺丝技术制备MOFs/polymer电解质案例，并深入讨论了不同聚合物基体（如PAN、PVDF-HFP、PEO及其他功能性聚合物）与MOFs复合后在电化学性能和界面稳定性方面的协同增强效果。例如：通过仿生“海星”结构设计，将MOFs与离子液体整合，实现了室温下高达4.37×10-4 S cm-1的离子电导率和超过1300小时的稳定锂对称电池循环（如图3）。
图 3 仿海星结构PAN基MOFs/polymer静电纺丝电解质示意图
该综述进一步讨论了MOFs与PVDF-HFP的协同作用，可有效抑制聚合物结晶，促进形成富含LiF的稳定界面层，显著提升了固态锂电池，乃至固态锂-氧电池的循环寿命与倍率性能（如图4）。此外，该综述也深入探讨了电解质的多层非对称结构设计，如梯度界面或双层纳米纤维，同时优化了电解质与高压正极和锂金属负极的界面相容性，实现了高电压下的稳定运行。将MOFs拓展至钠金属电池体系，通过竞争配位和双界面层调控机制，实现了高性能固态钠电池的稳定循环。
图 4 静电纺丝制备ZIF-8/PVDF-HFP电解质及其电化学性能
最后，该综述总结指出，通过原位聚合等先进工艺将MOFs与静电纺丝聚合物基体集成，可显著提升电解质的机械强度、界面相容性和离子电导率。面向未来，该领域仍需在以下几个方面进行突破：一是绿色溶剂工艺，减少对传统有机溶剂的依赖，并建立残留溶剂的定量评估体系；二是界面化学优化，通过分子工程增强MOFs与聚合物间的相互作用，如共价接枝、配位键合等；三是多尺度结构工程，利用电场调控、模板限域等手段构建三维有序、低迂曲度的离子传输网络，实现高离子电导率、高Li+迁移数与优异力学性能的统一。
图 5 MOFs/聚合物静电纺丝电解质面临的挑战与未来展望
