Scalable Synthesis of Ultrathin Polyimide Covalent Organic Framework Nanosheets for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries

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作者
Haiyan Duan,Ké Li,Mo Xie,Jiaming Chen,Hou-Gan Zhou,Xiao‐Feng Wu,Guo‐Hong Ning,Andrew I. Cooper,Dan Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (46): 19446-19453 被引量:105
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08675
摘要

Development of new porous materials as hosts to suppress the dissolution and shuttle of lithium polysulfides is beneficial for constructing highly efficient lithium-sulfur batteries (LSBs). Although 2D covalent organic frameworks (COFs) as host materials exhibit promising potential for LSBs, their performance is still not satisfactory. Herein, we develop polyimide COFs (PI-COF) with a well-defined lamellar structure, which can be exfoliated into ultrathin (∼1.2 nm) 2D polyimide nanosheets (PI-CONs) with a large size (∼6 μm) and large quantity (40 mg/batch). Explored as new sulfur host materials for LSBs, PI-COF and PI-CONs deliver high capacities (1330 and 1205 mA h g-1 at 0.1 C, respectively), excellent rate capabilities (620 and 503 mA h g-1 at 4 C, respectively), and superior cycling stability (96% capacity retention at 0.2 C for PI-CONs) by virtue of the synergy of robust conjugated porous frameworks and strong oxygen-lithium interactions, surpassing the vast majority of organic/polymeric lithium-sulfur battery cathodes ever reported. Our finding demonstrates that ultrathin 2D COF nanosheets with carbonyl groups could be promising host materials for LSBs with excellent electrochemical performance.
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