A Metal–Organic Framework Based Quasi-Solid-State Electrolyte Enabling Continuous Ion Transport for High-Safety and High-Energy-Density Lithium Metal Batteries

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作者
Zhendi Wu,Yikun Yi,Feng Hai,Xiaolu Tian,Shentuo Zheng,Jingyu Guo,Wei Tang,Weibo Hua,Mingtao Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (18): 22065-22074 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00988
摘要

Solid-state lithium metal batteries are promising next-generation rechargeable energy storage systems. However, the poor compatibility of the electrode/electrolyte interface and the low lithium ion conductivity of solid-state electrolytes are key issues hindering the practicality of solid-state electrolytes. Herein, rational designed metal–organic frameworks (MOFs) with the incorporation of two types of ionic liquids (ILs) are fabricated as quasi-solid electrolytes. The obtained MOF-IL electrolytes offer continuous ion transport channels with the functional sulfonic acid groups serving as lithium ion hopping sites, which accelerate the Li+ transport both in the bulk and at the interfaces. The quasi-solid MOF-IL electrolytes exhibit competitive ionic conductivities of over 3.0 × 10–4 S cm–1 at room temperature, wide electrochemical windows over 5.2 V, and good interfacial compatibility, together with greatly enhanced Li+ transference numbers compared to the bare IL electrolyte. Consequently, the assembled quasi-solid Li metal batteries show either superior stability at low C rates or improved rate performance, related to the species of ILs. Overall, the quasi-solid MOF-IL electrolytes possess great application potential in high-safety and high-energy-density lithium metal batteries.
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