耐热防火凝胶聚合物电解质及高安全锂离子电池应用

凝胶聚合物电解质（GPE）有望解决锂离子电池的安全问题。在GPE中，聚环氧乙烷（PEO）及其衍生物是广泛研究的聚合物骨架。但由于需要使用液态电解质以达到理想的室温离子电导率，加上PEO及其衍生物的高度易燃，GPE仍然面临火安全性挑战。

阻燃添加剂可抑制电解液燃烧，但常用的小分子有机磷酸酯化合物在电池的充放电过程中不稳定，并且倾向于在负极表面分解，从而导致电池性能降低。为了解决由小分子阻燃剂的添加引起的安全性和电化学性能之间的矛盾，在本工作中，通过乙烯基膦酸二乙酯（DEVP）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）的一步法原位交联聚合，制备了一种高安全性和高性能的GPE。将此GPE应用于锂离子电池时，GPE的交联结构以及阻燃剂与聚合物基体的化学结合可有效避免电池性能的下降。LiFePO₄/GPE/Li电池在0.2 C下循环350次的容量保持率为96.3%，库伦效率接近100%。电池在处于150 °C的高温下能正常运行。即使意外着火，DEVP链段分解释放含磷自由基可以实现电池自熄。

该工作近期发表在Journal of Energy Chemistry上，第一作者为本室博士生龙曼成。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.05.027

图1 耐热防火凝胶聚合物电解质示意图