蔡跃鹏/郑奇峰EnSM：MOF衍生无溶剂固态电解质实现高性能锂金属电池

2023年10月15日下午3:35 • 顶刊解读

对高能量和高安全性电池的迫切需求正在引领对全固态锂金属电池的研究。然而，同时实现高离子电导率、均匀的Li⁺通量、优异的界面相容性以及增强的机械强度仍然是固态电解质(SSE)面临的严峻挑战。

华南师范大学蔡跃鹏、郑奇峰等人合理地开发了一种基于三维（3D）互连金属有机骨架（MOF）网络的无任何液体复合固态电解质（CSE）来应对上述挑战，该CSE通过静电纺丝构建3D互连MOF网络然后用聚合物/锂盐回填来制备。

蔡跃鹏/郑奇峰EnSM：MOF衍生无溶剂固态电解质实现高性能锂金属电池

图1. 基于3D互连MOF的SSE的合理设计

3D互连MOF/PAN网络的构建不仅为MOF颗粒之间的快速Li⁺传输提供了一条连续的路径，从而有效地增加了离子导电性（离子电导率为2.89×10^-4 S cm^-1），而且由于3D网络的加强，还显著提高了产生的CSE的机械强度（杨氏模量为 819.4 MPa）。

同时，选择具有有序结构、适当孔径和强阳离子位置的MOF来限制阴离子传输，可使Li⁺通量均匀分布，从而增加Li⁺的转移数(0.52)，导致Li⁺的均匀沉积，进而抑制锂枝晶的生长。

蔡跃鹏/郑奇峰EnSM：MOF衍生无溶剂固态电解质实现高性能锂金属电池

图2. 基于3D互连MOF/PAN的CSE的制造过程及其离子传输路径

因此，采用3D互连MOF衍生的CSE的Li||Li对称电池可以稳定运行超过700小时。基于该CSE制备的全固态锂金属全电池即使使用20 μm薄的锂负极或高压正极（Li||LFP和Li||NMC）电池也表现出优异的循环性能。

这项工作突出了MOF在实现可调谐离子传输方面的前景，并证明了在SSE中构建连续离子传输路径和3D网络的有效性和重要性，这为开发高能高安全电池的高性能SSE提供了极好的策略。

蔡跃鹏/郑奇峰EnSM：MOF衍生无溶剂固态电解质实现高性能锂金属电池

图3. Li||LFP电池在60℃下的电化学性能

A 3D interconnected metal-organic framework-derived solid-state electrolyte for dendrite-free lithium metal battery. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.02.014

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