Urea‐linked Covalent Organic Framework as a Li‐ion Guided Channel Enabling Ultra‐Stable Lithium Metal Anode in Carbonate‐based Electrolyte

阳极 电解质 无机化学 锂(药物) 共价键 化学 碳酸盐 金属 电化学 电极 有机化学 物理化学 医学 内分泌学
作者
Fu-Sheng Ke,Caihong Zhang,Zhen Luo,Kean Chen,Chunxing Yan,Lezhi Yi,Chengtao Gong,Yuliang Cao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202500314
摘要

Lithium (Li) metal exhibits great potential for achieving high‐energy‐density rechargeable batteries. However, the practical application of Li metal anodes is severely hindered by the uncontrollable growth of lithium dendrites as well as the instability of the spontaneously generated solid electrolyte interphase (SEI), causing safety concerns and lifespan issues. Herein, we customize a novel urea‐linked covalent organic framework (COF‐531) as an interfacial Li‐ion pump. The COF‐531 is constructed utilizing a highly dynamic urea‐linkage, which balances the low reactivity of N‐rich melamine (MA), and could simultaneously provide abundant lithiophilic N sites and crystallinity ordered ion channels. This structure is able to promote efficient Li+ de‐solvation and transport, leading to uniform deposition via inhibiting dendrites growth. As a result, the COF@Li anode exhibits remarkable cycling performance under high current density (10 mA cm‐2 over 11500 h and 20 mA cm‐2 over 6000 h in the symmetric Li cells, and 1013 mAh g‐1 after 500 cycles under 8.4 A g‐1 in a COF@Li || S‐in‐CMK‐3 cell), setting a new benchmark for long‐cycle performance in carbonate‐based electrolyte. Remarkably, the COF‐531 can be produced at a low‐cost (~58.6 USD kg‐1) on a kilogram scale. This work addresses a critical bottleneck in the commercialization of Li‐metal batteries.
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