浙江大学「国家高层次青年人才」陈志杰最新JACS丨笼中笼合并网络MOF实现宽温域锂离子传导！

背景: 锂金属电池因其高能量密度被视为下一代储能系统的有力候选，但其实际应用受限于传统液态电解质的易燃性、锂枝晶不可控生长及电极-电解质界面不稳定等安全隐患。金属-有机框架(MOFs)在固态电解质领域展现出独特优势，但面临低温下本征离子电导率低和结构与电化学稳定性差的挑战。研究目的: 本研究旨在构建具有高密度阴离子框架、连续三维锂离子迁移通道和模块化孔环境的稳健MOF结构，以实现高性能固态电解质。通过设计合成具有笼中笼结构的阴离子锌-唑酸盐MOF（Zn-TBTB），基于复杂的(3,6,6)-连接pco合并网络，赋予材料高电化学稳定性和模块化混合阴离子孔环境。结论: Zn-TBTB具有高化学稳定性、高电压窗口（约5V）和优异的低温锂离子传输能力。离子电导率在25°C达1.84×10⁻⁴ S cm⁻¹，-5°C仍保持6.13×10⁻⁵ S cm⁻¹，活化能仅0.27 eV，锂离子迁移数高达0.75。固态核磁共振和阻抗谱证实材料具有单离子传导机制和快速锂离子跳跃动力学。准固态LiFePO₄|Zn-TBTB-Li|Li电池在-5至25°C宽温域稳定循环超过200次，-5°C下容量保持率达85%以上。该工作为设计具有良好低温性能的MOF基电解质提供了分子基础，推动了宽工作条件下可靠锂金属电池的发展。