Boosting Low‐Temperature Ionic Conductivity in MOF‐Based Solid‐State Electrolytes via Tailored Fluoro‐Ligand Incorporation Into Crystal Frameworks

电解质 离子电导率 电化学 电化学窗口 电导率 材料科学 化学工程 离子键合 配体(生物化学) 快离子导体 纳米技术 无机化学 化学 物理化学 离子 电极 有机化学 生物化学 受体 工程类
作者
Lu Shi,Xin Wang,Zhiliang Liu
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:: e01464-e01464
标识
DOI:10.1002/smtd.202501464
摘要

Abstract The stable operation of solid‐state electrolytes (SSEs) at low temperature is critical for expanding the application of solid‐state lithium batteries (SSLBs) in cold climates. However, there are few relevant literature reports. Herein, a breakthrough is realized to directly address this challenge through tailored fluoro‐ligand incorporation into the crystal framework of MOF‐808. A series of fluorinated MOF‐808 (MOF‐808‐хF, x = 3, 5, 7) are rationally constructed with fluorinated carboxylic acid of different chain lengths through fluorination engineering at the molecular level to precisely modulate the channels surface environment. Specifically, the chemical anchored F groups effectively promote the capture of anions and transport of Li + , while endowing the MOF‐808 with excellent mechanical strength and flexibility, thereby improving the performances of SSEs in operation at low temperature. As a result, the optimized MOF‐808‐5F achieves remarkable ionic conductivity (1.25 × 10 −4 S cm −1 ), high Li + transference number (0.58) and wide electrochemical window (5.4 V) at −40 °C. Furthermore, fluorinated MOF‐808 contributes to LiF solid electrolyte interphase (SEI) formation and effectively inhibits Li dendrites growth, enabling Li|MOF‐808‐5F|Li cell to realize a stable plating/stripping cycling over 1000 h at 0.2 mA cm −2 . Such results provide an insight on the design of electrolytes for SSLBs operating under low temperatures.
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