MOF-Based 3D Ion-Conducting Network Enables High-Voltage All-Solid-State Lithium Metal Batteries at Room Temperature

材料科学 离子 电解质 离子电导率 复合数 快离子导体 电导率 多孔性 聚酰亚胺 金属有机骨架 化学工程 纳米技术 复合材料 电极 化学 吸附 工程类 图层(电子) 物理化学 有机化学
作者
Siyan Zheng,Zhongliang Li,Luyi Chen,Yutong Huang,Junkai Shi,Shuxian Wang,Yang Liu,Yan Liu,Yue‐Peng Cai,Qifeng Zheng
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:5 (4): 1136-1144 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.3c00077
摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) with high surface area, tunable porous structure, and versatile functionality hold great prospects for manipulating ion transport and designing high-performance composite solid electrolytes (CSEs). However, the discontinuous ion transport and poor mechanical support arising from the randomly distributed MOF particles lead to insufficient ionic conductivity and inferior mechanical strength. Herein, a highly efficient and robust MOF-based 3D ion conducting network was rationally designed by in situ grown MOF nanocrystals on the 3D polyimide fiber network, where (1) the optimized MOF with appropriate pore sizes and abundant open metal sites can effectively restrict the movement of the anion to homogenize the Li+ flux, (2) the in situ growth of densely packed MOFs builds continuous ion channels to promote the rapid transport of Li+, and (3) the mechanically and chemically robust polyimide network bestows the CSE with superior mechanical strength and high oxidation stability. Consequently, the resulting CSE demonstrates high ionic conductivity, a high Li+ transference number, excellent Li compatibility, a wide potential window, and excellent mechanical robustness, which enables the stable cycling of high-voltage all-solid-state Li-metal batteries at room temperature.
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