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Multipolar Conjugated Polymer Framework Derived Ionic Sieves via Electronic Modulation for Long‐Life All‐Solid‐State Li Batteries

离子键合 共轭体系 聚合物 固态 材料科学 调制(音乐) 分子筛 化学工程 电子结构 纳米技术 化学 离子 物理化学 催化作用 物理 计算化学 有机化学 工程类 复合材料 声学
作者
Xue Yang,Long Fang,Jing Li,Cong Liu,Linfeng Zhong,Fan Yang,Xiaotong Wang,Zishou Zhang,Dingshan Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (23): e202401957-e202401957 被引量:39
标识
DOI:10.1002/anie.202401957
摘要

Here, we build a tunable multipolar conjugated polymer framework platform via pore wall chemistry to probe the role of electronic structure engineering in improving the Li+ conduction by theoretical studies. Guided by theoretical prediction, we develop a new cyano-vinylene-linked multipolar polymer framework namely CNF-COF, which can act as efficient ion sieves to modify solid polymer electrolytes to simultaneously tune Li+ migration and stable Li anodes for long-lifespan all-solid-state (ASS) Li metal batteries at high rate. The dual-decoration of cyano and fluorine groups in CNF-COF favorably regulates electronic structure via multipolar donor-acceptor electronic effects to afford proper energy band structure and abundant electron-rich sites for enhanced oxidative stability, facilitated ion-pair dissociation and suppressed anion movements. Thus, the CNF-COF incorporation into poly (ethylene oxide) (PEO) electrolytes not only renders fast selective Li+ transport but also facilitates the Li dendrite suppression. Specifically, the constructed PEO composite electrolyte with an ultra-low CNF-COF content of only 0.5 wt % is endowed with a wide electrochemical window, a high ionic conductivity of 0.634 mS cm-1 at 60 °C and a large Li+ transference number of 0.81-remarkably outperforming CNF-COF-free counterparts (0.183 mS cm-1 and 0.22). As such, the Li symmetric cell delivers stable Li plating/stripping over 1400 h at 0.1 mA cm-2. Impressively, by coupling with LiFePO4 (LFP) cathodes, the assembled ASS Li battery under 60 °C allows for stable cycling over 2000 cycles at 1 C and over 1000 cycles even at 2 C with a large capacity retention of ~75 %, surpassing most reported ASS Li batteries using PEO-based electrolytes.
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