Regulating Metal Centers of MOF-74 Promotes PEO-Based Electrolytes for All-Solid-State Lithium-Metal Batteries

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作者
Jiaxin Wu,Yuhan Ma,Haichang Zhang,Haonan Xie,Jin Hu,Chunsheng Shi,Biao Chen,Chunnian He,Naiqin Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (13): 16351-16362 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsami.4c01316
摘要

Poly(ethylene oxide) (PEO)-based electrolytes have been extensively studied for all-solid-state lithium-metal batteries due to their excellent film-forming capabilities and low cost. However, the limited ionic conductivity and poor mechanical strength of the PEO-based electrolytes cannot prevent the growth of undesirable lithium dendrites, leading to the failure of batteries. Metal-organic frameworks (MOFs) are functional materials with a periodic porous structure that can improve the electrochemical performance of PEO-based electrolytes. However, the enhancement effect of MOFs with different metal centers and the interaction mechanism with PEO remain unclear. Herein, MOF-74s with Cu or Ni centers are prepared and used as fillers of PEO-based electrolytes. Adding 15 wt % of Cu-MOF-74 to the PEO-based electrolyte (15%Cu-MOF/P-Li) effectively improves the ionic conductivity, lithium transference number, and mechanical strength of the PEO-based electrolyte simultaneously. Furthermore, the ordered pore channels of Cu-MOF-74 provide uniform Li-ion transport pathways, facilitating homogeneous Li+ deposition. As a result, the lithium symmetric cell with 15%Cu-MOF/P-Li shows stable cycles for 1080 h at 0.1 mA cm-2 and 0.1 mAh cm-2, and the Li | 15% Cu-MOF/P-Li | LFP full cell exhibits a long cycle life up to 200 cycles at 60 °C and 0.5 C, with a capacity retention rate of 89.7%.
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