Regulating Uniform Li Plating/Stripping via Dual‐Conductive Metal‐Organic Frameworks for High‐Rate Lithium Metal Batteries

材料科学 法拉第效率 剥离(纤维) 锂(药物) 化学工程 金属锂 电镀(地质) 电极 阳极 纳米技术 复合材料 工程类 内分泌学 物理化学 化学 地质学 医学 地球物理学
作者
Tian‐Shi Wang,Xiaobin Liu,Xudong Zhao,Pingge He,Ce‐Wen Nan,Li‐Zhen Fan
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (16) 被引量:160
标识
DOI:10.1002/adfm.202000786
摘要

Abstract Lithium metal anodes show immense scope for application in high‐energy electronics and electric vehicles. Unfortunately, lithium dendrite growth and volume change leading to short lifespan and safety issues severely limit the feasibility of lithium metal batteries. A rational design of metal–organic framework (MOF)‐modified Li metal anode with optimized Li plating/stripping behavior via one‐step carbonization of ZIF‐67 is proposed. Experimental and theoretical simulation results reveal that carbonized MOFs with uniformly dispersed Co nanoparticles in N‐graphene (Co@N‐G) exhibit an electronic/ionic dual‐conductivity and significantly improved affinity with Li, and so serve as an ideal host for dendrite‐free lithium deposition, consequently leading to uniform lithium plating/stripping during cycling. As a result, the anode delivers highly stable cyclic performance with high coulombic efficiency (CE) at ultrahigh current densities (CE = 91.5% after 130 cycles at 10 mA cm −2 , and CE = 90.4% after 80 cycles at 15 mA cm −2 ). Moreover, the practical applicability and functionality of such anodes are demonstrated through assembly of Li‐Co@N‐G/NCM full batteries exhibiting a long cycle life of 100 cycles with a high capacity retention of 92% at 1 C.
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