HKUST-1@IL-Li Solid-state Electrolyte with 3D Ionic Channels and Enhanced Fast Li+ Transport for Lithium Metal Batteries at High Temperature

电解质 材料科学 电化学 锂(药物) 化学工程 离子液体 离子键合 热稳定性 金属 电池(电) 电极 离子电导率 离子 化学 冶金 物理化学 有机化学 内分泌学 催化作用 功率(物理) 工程类 物理 医学 量子力学
作者
Man Li,Tao Chen,Seunghyun Song,Yang Li,Joonho Bae
出处
期刊:Nanomaterials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (3): 736-736 被引量:38
标识
DOI:10.3390/nano11030736
摘要

The challenge of safety problems in lithium batteries caused by conventional electrolytes at high temperatures is addressed in this study. A novel solid electrolyte (HKUST-1@IL-Li) was fabricated by immobilizing ionic liquid ([EMIM][TFSI]) in the nanopores of a HKUST-1 metal–organic framework. 3D angstrom-level ionic channels of the metal–organic framework (MOF) host were used to restrict electrolyte anions and acted as “highways” for fast Li+ transport. In addition, lower interfacial resistance between HKUST-1@IL-Li and electrodes was achieved by a wetted contact through open tunnels at the atomic scale. Excellent high thermal stability up to 300 °C and electrochemical properties are observed, including ionic conductivities and Li+ transference numbers of 0.68 × 10−4 S·cm−1 and 0.46, respectively, at 25 °C, and 6.85 × 10−4 S·cm−1 and 0.68, respectively, at 100 °C. A stable Li metal plating/stripping process was observed at 100 °C, suggesting an effectively suppressed growth of Li dendrites. The as-fabricated LiFePO4/HKUST-1@IL-Li/Li solid-state battery exhibits remarkable performance at high temperature with an initial discharge capacity of 144 mAh·g−1 at 0.5 C and a high capacity retention of 92% after 100 cycles. Thus, the solid electrolyte in this study demonstrates promising applicability in lithium metal batteries with high performance under extreme thermal environmental conditions.
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