关键词:Macromolecular Chemistry and Physics, 修饰MOF,双网络结构,硼酯键,固态锂离子电池,中国科学院大学

中国科学院大学化学科学学院张辽云课题组针对以上问题,利用MOF(UiO-66-NH2)上氨基的诱导作用,通过ε-己内酯在MOF表面的开环聚合,得到了一种聚合物修饰的MOF。这种修饰MOF表现出与聚合物基质更好的相容性,实现了MOF在复合体系中的均匀分散。并通过一种简单的紫外光固化方法,制备了基于MOF材料的双网络结构的复合固态聚合物电解质。该双网络结构可以为电解质膜提供足够的机械强度以抑制锂枝晶的生长,而均匀分散在交联网络中的修饰MOF可以进一步提高离子传导和机械性能。更重要的是,复合体系中硼酯键的引入,一方面能够确保复合体系拥有足够的电化学稳定性;另一方面,掺硼网络可以有效锚定锂盐解离所产生的阴离子,进一步实现锂离子的有效传导。研究结果表明,这种复合型固态聚合物电解质膜具有拓宽的电化学窗口(5.29 V)和改善的锂离子迁移数(0.59),组装的双锂电池也能在0.1 mA cm−2的电流密度下展现出优异的循环性能,表现出与锂金属负极良好的相容性。此外,将这种基于改性MOF的复合型固态聚合物电解质与锂金属负极和磷酸铁锂正极适配得到的固态电池也表现出良好的长循环性能和倍率性能。
该研究工作不仅提供了一种制备复合电解质膜的简单方法,而且也展示了改性 MOF 和硼酯键的有机结合的高性能固态聚合物电解质潜在的应用价值。
上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(52073285,11975238)的支持。中国科学院大学张辽云教授,中国石化北京化工研究院王蔼廉博士为论文共同通讯作者。中国科学院大学博士研究生刘玉和曾庆辉为论文共同第一作者。
Modified MOF-Based Composite All-Solid-State Polymer Electrolyte with Improved Comprehensive Performance for Dendrite-Free Li-Ion Batteries
Yu Liu, Qinghui Zeng, Pingping Chen, Zhenfeng Li, Anqi Chen, Jiazhu Guan, Ailian Wang*, Liaoyun Zhang*
Macromolecular Chemistry and Physics
DOI:10.1002/macp.202100325