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對高能量和高安全性電池的迫切需求正在引領對全固態鋰金屬電池的研究。然而，同時實現高離子電導率、均勻的Li⁺通量、優異的界面相容性以及增強的機械強度仍然是固態電解質(SSE)面臨的嚴峻挑戰。

華南師范大學蔡躍鵬、鄭奇峰等人合理地開發了一種基于三維（3D）互連金屬有機骨架（MOF）網絡的無任何液體復合固態電解質（CSE）來應對上述挑戰，該CSE通過靜電紡絲構建3D互連MOF網絡然后用聚合物/鋰鹽回填來制備。

蔡躍鵬/鄭奇峰EnSM：MOF衍生無溶劑固態電解質實現高性能鋰金屬電池

圖1. 基于3D互連MOF的SSE的合理設計

3D互連MOF/PAN網絡的構建不僅為MOF顆粒之間的快速Li⁺傳輸提供了一條連續的路徑，從而有效地增加了離子導電性（離子電導率為2.89×10^-4 S cm^-1），而且由于3D網絡的加強，還顯著提高了產生的CSE的機械強度（楊氏模量為 819.4 MPa）。

同時，選擇具有有序結構、適當孔徑和強陽離子位置的MOF來限制陰離子傳輸，可使Li⁺通量均勻分布，從而增加Li⁺的轉移數(0.52)，導致Li⁺的均勻沉積，進而抑制鋰枝晶的生長。

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圖2. 基于3D互連MOF/PAN的CSE的制造過程及其離子傳輸路徑

因此，采用3D互連MOF衍生的CSE的Li||Li對稱電池可以穩定運行超過700小時。基于該CSE制備的全固態鋰金屬全電池即使使用20 μm薄的鋰負極或高壓正極（Li||LFP和Li||NMC）電池也表現出優異的循環性能。

這項工作突出了MOF在實現可調諧離子傳輸方面的前景，并證明了在SSE中構建連續離子傳輸路徑和3D網絡的有效性和重要性，這為開發高能高安全電池的高性能SSE提供了極好的策略。

蔡躍鵬/鄭奇峰EnSM：MOF衍生無溶劑固態電解質實現高性能鋰金屬電池

圖3. Li||LFP電池在60℃下的電化學性能

A 3D interconnected metal-organic framework-derived solid-state electrolyte for dendrite-free lithium metal battery. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.02.014

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