随着全球能源的日趋枯竭及其使用带来的环境恶化，开发和使用绿色、低能耗的能源已成为当今世界各国可持续发展的重要战略之一，清洁可再生的新能源及其能量储存和转移装置的开发已迫在眉睫。在所有储能装置中，锂离子电池以其高容量、高工作电压、安全稳定性能和无记忆效应等优势成为了新型绿色能源与便携电子设备电池的首选，已广泛地应用于手机、笔记本、电动工具等中，在动力能源领域得到了巨大的发展，成为当前能源经济中一个不可或缺的组成部分 [1-3]。其中，电极材料对于锂离子电池来说有着至关重要的作用，所以说，研究锂离子电池的电极材料具有战略性意义。
迄今为止，对锂离子电池的研究已取得一些瞩目的成就。1779年，意大利学家伏特[4]无意中发现电流；20世纪70年代，M.S.Whittingham[5]等人成功制出了第一个锂二次电池，但未能实现商业化；1980 年， Goodenough [6]等人首次将层状 LiCoO2用作锂电池的正极材料，从此广泛应用。1982年，R.R.Agarwal 和 J.R. Selman 等人[7]发现锂离子可以在石墨层间快速地嵌入/脱出，石墨材料成为商业化锂离子电池的负极材料之一。1990年，日本索尼公司[8]以LiCoO2为正极材料，石油焦为负极，组装出最早的商业化锂离子电池。
但是，锂离子电池的电极材料在锂离子插入和脱出时由于巨大的体积变化，其结构遭受着严重的机械破坏，并因此导致了容量的迅速衰减，该尚未解决的问题限制其工业的发展。而利用MOF制备的新型的中空结构化材料使得电极可承受更大的体积变化，可以很好地解决其“体积膨胀”的问题。
2. 金属骨架材料简介
金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，缩写为 MOFs)材料是一类新型的有机无机杂化的功能材料。被称为“软沸石”，因为它的骨架比较柔软，且结构与沸石的结构相似。又被称为多孔配位聚合物，是指其结构是由无机金属中心与有机配体通过配位键自组装而成的立体网络，有机配体作为桥梁，金属离子或者金属团簇（次级结构单元）作为节点（如图1所示）[9-11]。
图1 MOF的合成和化学成分的插图
占据着MOFs的孔隙空间的溶剂或客体分子在溶剂交换和真空加热时可以被移除，生成稳定的多孔结构。与沸石、活性炭等多孔结构相比，MOFs有 超大的比表面积（最高可超过7000m2/g）和超高的孔隙率（最高可达到90%的自由体积）。不同的有机配体和次级结构单元的结合使得MOFs可合成的数量近乎无穷无尽，结构和性能亦不尽相同。因此，可通过引入不同的功能团对材料的性质进行调控，合成所需的功能性MOF材料。MOFs的具有高分辨的晶体结构，可以直接观察并比较孔隙和几何结构，,对其他的多孔材料来说，这几乎是不可能的事情 [12]。
最近，MOF材料已被证明是通过热分解制备空心过渡金属氧化物的有效模板，因为MOF材料的孔隙度和长程有序可以在转换过程提供一个小分子和离子进入/离开的快捷通道[13]。与由传统的方法制成的金属氧化物纳米电极相比[14]，利用MOF制备的核壳纳米结构有着相对较高的表面积和稳定的中空结构，当离子在电极结构中移动时，无破坏性影响。空心结构可以使活性成分与锂离子之间在电化学反应的过程中有更大的接触面积。它可以帮助电极在未磨碎情况下适应较大的体积变化。此外，这独特的结构可以缩短离子/电子的扩散长度，并提供物质输运时的有效通道[15]。
金属有机骨架材料它有着高孔隙率、较大比表面积，而且由于不同的金属离子和有机桥接配体的选择，其形态很容易调整。所有这些特点，都使MOFs有希望显示出优异的电化学性能，成为最有前途的储锂材料之一，成为新材料领域的研究热点。
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