DOI: 10.1002/advs.202203916

锂金属电池在储能应用方面大有可为，但却存在不可控的锂枝晶问题。本研究首次采用原位复合法设计并制备了一种基于改性天然聚合物和ZIF-67的新型复合膜。其中，通过静电纺丝获得由海藻酸锂（LA）和聚丙烯酰胺（PAM）组成的改性天然聚合物。重要的是，天然聚合物的极性官能团可以通过氢键相互作用，MOFs可以构建锂离子传输通道。因此，与没有MOF的LA-PAM电解质相比，ZIF-67-LA-PAM电解液的电化学稳定性窗口从4.5V扩大为5.2V，锂离子转移数（tLi+）在30℃时从0.326提高到0.627。值得注意的是，含ZIF-67-LA-PAM的对称电池在40和100mA/cm2时具有优异的稳定循环性能，在10C和20C下LFP电池显示出较高的倍率。此外，采用NCM811高压正极的电池可以稳定运行400个循环，0.5C下的初始放电容量为136.1mAh/g。总之，这项工作为设计和制备MOF天然聚合物复合电解质提供了一种有效的方法，在高能量密度锂金属电池中显示出良好的应用前景。

图1.ZIF-67-LA-PAM聚合物电解质的制备过程。

图2.a）LA、PAM、LA-PAM、ZIF-67-LA-PAM和ZIF-67的FTIR光谱。b）LA、LA-PAM、ZIF-67和ZIF-67-LA-PAM在1900-1300cm-1波数范围内的FTIR光谱。c）静电纺丝复合膜及其组分的XRD图。d）ZIF-67-LA-PAM的表面形貌。e）LA-PAM的表面形貌。f）ZIF-67-LA-PAM的横截面形态。g）ZIF-67-LA-PAM中静电纺丝膜LA-PAM的直径。h-j）Celgard2500、LA-PAM和ZIF-67-LA-PAM的液体电解质接触角。k）复合膜和组合物的TGA曲线。l）应力-应变曲线和局部放大图。

图3.a）电解质的LSV曲线，ZIF-67-LA-PAM的锂离子迁移。b）ZIF-67-LA-PAM和LA-PAM离子电导率的温度依赖性。c）LE、LA-PAM和ZIF-67-LA-PAM的FTIR光谱，d）ZIF-67-LA-PAM与e）LA-PAM的锂离子转移数。f）30℃下复合膜中Li+和PF6-1的离子电导率。g）添加ZIF-67前后LA上Li-O键结合能的变化。h）LiPF6离解前后Co-F键结合能的变化。i）添加ZIF-67前后LiPF6上F-Li键结合能的变化。j）离子传输机制示意图。

图4.a）在40mA/cm2下的Celgard2500、LA-PAM和ZIF-67-LA-PAM对称锂电池，c）不同时间的电压-时间曲线，b）在100mA/cm2下的ZIF-67-LA-PAM对称锂电池，d）在不同电流密度下的ZIF-67-LA-PAM对称锂电池。在5mA/cm2下运行e）0和f）48h后Celgard2500、LA-PAM和ZIF-66-LA-PAM的电化学阻抗谱（EIS）。g）比较本文献与其他文献中的电解质。

图5.运行a）60和b）120h的Li平台上的Celgard2500以及运行c）60和d）120h的Li平台上的ZIF-67-LA-PAM的表面形貌SEM图像；e）Celgard2500和f）ZIF-67-LA-PAM的N1s，在5mA/cm2下运行g）60和h）120h后Celgard2500的Li1s，在5mA/cm2下运行i）60和j）120h后ZIF-67-LA-PAM的Li1s XPS光谱。

图6.a）LFP电池在10C下进行1000次循环的长循环性能。b）Li/ZIF-67-LA-PAM/NCM811电池在0.5C下进行400次循环的长循环性能。c）LFP软包电池在2C下的循环性能。d）ZIF-67-LA-PAM在10C下循环800次后锂片的表面形貌。e）Li/ZIF-67-LA-PAM/LNCM811电池的倍率性能。f）LFP/ZIF-67-LA-PAM/Li软包电池在弯曲、切割和穿孔状态下为LED灯泡供电。