与传统液态锂电池相比，固态锂金属电池因其更高的能量密度和安全性而备受关注。然而，由聚环氧乙烷（PEO）制成的固体电解质膜的广泛实际应用受到其较差的锂枝晶抑制能力和低室温离子电导率的限制。

近期，天津工业大学康卫民教授&邓南平副教授提出将负载ZIF-8纳米颗粒的氟化聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）纳米纤维膜引入PEO-LiTFSI中，以获得固体复合电解质膜。ZIF-8中的开放金属位点可以与锂盐中的阴离子耦合，解离出更多的游离锂离子。此外，PMIA分子链中含有特殊的间苯酰胺键，可在PMIA、PEO和LiTFSI之间形成氢键。这些氢键可以为Li+的快速迁移提供一种新的途径。聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）作为氟化源和纺丝溶液中的盐赋予了纤维膜特殊的三维结构。这种独特的结构可为电解质膜提供优异的机械强度。鉴于上述优点，该电解质膜的离子电导率为2.39×10^-4S/cm（30℃）。此外，对称电池在0.4mAh/cm²下表现出稳定的循环性能。该复合电解质膜与LiFePO₄和NCM811正极具有优异的相容性。

图1.树枝状F-PMIA纤维膜的制备和原位生长，以及通过F-PMIA@ZIF-8增强Li⁺传输的机理示意图。

图2.使用F-PMIA@ZIF-8-PEO-LiTFSI复合电解质制备无枝晶LMBs的示意图。

图3.（a-b）F-PMIA纤维膜在不同放大倍数下的SEM图像；（c）F-PMIA纤维膜和ZIF-8粒子直径分布；（d-e）F-PMIA@ZIF-8在不同放大倍数下的SEM图像；（f）SCEs横截面的SEM图像。

图4.（a）XRD图谱；（b）F-PMIA@ZIF-8电解质的EDS映射。PEO-LiTFSI、F-PMIA-PEO-LiTFSI和F-PMIA@ZIF-8-PEO-LiTFSI膜的（c）强度测试曲线，（d）XRD图谱，（e）DSC和（f）TG。（g）固态电解质膜在不同温度下储存30分钟前后的照片。

图5.（a）Arrhenius图；（b）F-PMIA@ZIF-8-PEO-LiTFSI的离子迁移数；（c）LSV曲线。（d）ZIF-8、PEO、LiTFSI、PEO-LiTFSI和F-PMIA@ZIF-8-PEO-LiTFSI的FTIR光谱（400-4000cm^-1）。（e-f）不同范围的FTIR光谱。

图6.研究了锂/锂电池的电化学性能和界面稳定性。

图7.采用不同电解质的全固态LiFePO₄/Li电池在50℃下的电化学性能。

图8.NMC|F-PMIA@ZIF-8-PEO-LiTFSI|Li电池的电化学性能。

该工作以“Facilitating Li+ conduction channels and suppressing lithium dendrites by introducing Zn-based MOFs in composite electrolyte membrane with excellent thermal stability for solid-state lithium metal batteries”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.145683）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145683