刘志亮AM：功能化MOF作为单离子导电电解质实现高性能固态电池

金属有机框架（MOFs），作为一种有前景的可充电化学储能材料，已经在固态锂电池领域出现。然而，低离子传导性和高界面阻抗仍然严重阻碍了基于MOFs的固态电解质（SSE）的应用。

图1. 材料制备及电池组装示意

内蒙古大学刘志亮等通过原位生长氢氧化锌纳米片，获得了一种新型分级多孔的H-ZIF-8固态电解质（SSE）材料，其表现出1.04×10^-3 S cm^-1的优异离子传导性和0.71的Li⁺迁移数。此外，H-ZIF-8的形态和结构得到了进一步的优化，通过装饰卤化物纳米管（HNT）获得了H-ZIF-8/HNT复合材料。

值得注意的是，功能化的H-ZIF-8/HNT作为电解质在电化学性能上有显著的提高：更高的离子电导率为7.74×10^-3 S cm^-1，更好的单离子透过率（t_Li+ = 0.84），良好的界面兼容性以及优异的速率性能。

图2. 枝晶抑制能力研究

此外，H-ZIF-8/HNT电解质还获得了更宽的电化学稳定性窗口（1.15-5.44V）。结果，配备H-ZIF-8/HNT SSE的Li/LiFePO₄电池拥有高效的锂枝晶抑制能力，在200次电化学充/放电循环后容量保持率高达84%（104.16 mAh g^-1）。H-ZIF-8/HNT电解液显著的电化学性能可能得益于HNT特征结构产生的单离子传导机制和H-ZIF-8中更多的Li⁺传输通道的协同效应。

总体而言，这项工作丰富了固态锂离子复合电解质材料，为提高电化学性能开辟了一条全新的途径。

图3. Li/LiFePO₄电池的性能

A Composite of Hierarchical Porous MOFs and Halloysite Nanotube as Single-ion Conducting Electrolyte Toward High Performance Solid-State Lithium Ionic Battery. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202300687

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