Decoupling Interfacial Stability and Ion Transport in Solid Polymer Electrolyte by Tailored Ligand Chemistry for Lithium Metal Battery

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作者
Ruifan Lin,Yingmin Jin,Yumeng Li,Mengyu Fu,Yuxin Gong,Lei Lei,Yong Zhang,Feng Xu,Yueping Xiong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (17) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adfm.202421880
摘要

Abstract Achieving fast ion transport kinetics and high interfacial stability simultaneously is challenging for polymer electrolytes in solid‐state lithium batteries, as the coordination environment optimal for Li + conduction struggles to generate desirable interphase chemistry. Herein, the adjustable property of organic ligands is exploited in metal–organic frameworks (MOFs) to develop a hierarchical composite electrolyte, incorporating heterogeneous and spatially confined MOF nanofillers into a poly‐1,3‐dioxolane matrix. The defect‐engineered University of Oslo‐66 MOFs (UiO‐66d) with tailored Lewis acidity can separate ion pairs and optimize Li + migration through weakened solvation effects, thereby enhancing ion conductivity by over sixfold (0.85 mS cm −1 @25 °C). At the lithium anode side, a densified University of Oslo‐67 MOFs (UiO‐67) layer with conjugated π electrons facilitates anion participation in the solvation sheath, promoting anion reduction and thereby forming LiF/Li 3 N‐dominated solid electrolyte interphase for isotropic Li deposition. The as‐assembled Li||LiFePO 4 full cell delivers superior cycling stability with 92.7% of capacity retained over 2000 cycles at 2 C. Notably, the developed electrolyte demonstrates excellent compatibility with high‐voltage cathodes, achieving 80% capacity retention with LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 over 630 cycles. This work provides valuable insights into decoupling transport and interfacial challenges in solid‐state lithium batteries, paving the way for advanced battery technologies.
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