Covalent Organic Framework-Based Electrolytes for Fast Li+ Conduction and High-Temperature Solid-State Lithium-Ion Batteries

电解质 材料科学 锂(药物) 热稳定性 快离子导体 离子电导率 化学工程 离子 化学 电极 有机化学 物理化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Zhen Shan,Miaomiao Wu,Yihan Du,Bingqing Xu,Boying He,Xiaowei Wu,Gen Zhang
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:33 (13): 5058-5066 被引量:90
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c00978
摘要

It has been a long-standing challenge to design and fabricate high Li+ conductive polymer electrolytes at the atomic level with superior thermal stability for solid-state lithium-ion batteries. Covalent organic frameworks (COFs) with tailor-made 1D nanochannels provide a potential pathway for fast ion transport, but it remains elusive. In this work, three crystalline thiophene-based imine-linked COFs were constructed and explored as Li+-conducting composite electrolytes by doping ionic liquids into their 1D nanochannels. The COF–IL composite electrolytes exhibited excellent thermal stability (up to 400 °C) and high Li+ conductivity (up to 2.60 × 10–3 S/cm at 120 °C, one of the highest values of doped porous organic materials). Furthermore, the COF–IL composite electrolytes exhibited stable cycling in a LiFePO4–Li full cell with a high initial discharge specific capacity of 140.8 mA·h/g at 100 °C, more stable than common poly(ethylene oxide)-based electrolytes, indicating great potential application under a high-temperature operation. This work opens a new avenue for the development of fast Li+-conducting COF-based electrolytes for high-temperature solid-state lithium-ion batteries.
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