傳統(tǒng)共價(jià)有機(jī)框架（COF）基固態(tài)電解質(zhì)具有可定制的離子傳導(dǎo)行為，但通常以粉末形式存在，需要進(jìn)一步的物理壓鑄才能用作固體電解質(zhì)片，這大大阻礙了COF材料的大規(guī)模生產(chǎn)及其在新能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。為了解決這一問題，南京理工大學(xué)張根教授課題組提出了一種普適的靜電紡絲策略，用于制備大面積自支撐COF膜（COM）。這種策略的優(yōu)勢(shì)在于將剛性COF骨架與柔性親鋰聚乙二醇（PEG）鏈結(jié)合，從而形成一個(gè)離子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，并通過COF孔道實(shí)現(xiàn)鋰離子的定向傳輸。
研究表明，利用該方法制備的PEG-COM電解質(zhì)在30°C時(shí)展示出高達(dá)0.153 mS/cm的離子電導(dǎo)率，同時(shí)具備優(yōu)異的枝晶抑制能力。固態(tài)7Li NMR實(shí)驗(yàn)證實(shí)，PEG-COM電解質(zhì)中Li?傳導(dǎo)性能的改善歸因于其結(jié)構(gòu)中的松散離子配對(duì)和更高比例的游離Li?產(chǎn)生。這些局部微環(huán)境的變化促進(jìn)了鋰離子在COM孔隙中的定向移動(dòng)。 除此之外，DFT計(jì)算結(jié)果顯示，Li?從孔道方向進(jìn)行跳躍傳輸所需的能量更低，表明其傾向于從COM孔道方向遷移，而非層間遷移。 另外，PEG-COMs電解質(zhì)組裝的固態(tài)Li|Li、Li|LFP和軟包電池在60 °C時(shí)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的電化學(xué)性能。由于均勻分布的親鋰位點(diǎn)和連續(xù)的Li?傳輸路徑，帶有PEG-COMs電解質(zhì)的固態(tài)鋰金屬電池組件在靈活性、循環(huán)穩(wěn)定性和安全性方面均表現(xiàn)卓越。 總之，這項(xiàng)研究提供了一種通用的方法用于大規(guī)模制備大面積自支撐COM電解質(zhì)，拓寬了COF在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，尤其是固態(tài)鋰金屬電池中的應(yīng)用前景，為開發(fā)更加環(huán)保、更薄、更安全的柔性固態(tài)鋰金屬電池提供了重要技術(shù)支持。 論文信息 Fabrication of Scalable Covalent Organic Framework Membrane-based Electrolytes for Solid-State Lithium Metal Batteries Tongtong Liu, Yuan Zhong, Zhiwei Yan, Boying He, Tao Liu, Zhiyi Ling, Bocong Li, Xin Liu, Jialiang Zhu, Lingyi Jiang, Xiangyu Gao, Prof. Rongchun Zhang, Prof. Jianrui Zhang, Dr. Bingqing Xu, Prof. Gen Zhang 文章的第一作者是南京理工大學(xué)的博士研究生劉彤彤和鐘原。通訊作者為南京理工大學(xué)張根教授和許冰清副教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202411535
