可充電電池在可再生能源的轉(zhuǎn)化和高效利用，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的碳中和目標(biāo)中發(fā)揮著重要作用。然而，由于商用電解液體系固有的熱不穩(wěn)定性，使其泄漏、燃燒甚至爆炸等安全事故屢見不鮮。固態(tài)聚合物電解質(zhì)（solid polymer electrolytes, SPEs）被認(rèn)為是解決安全隱患的理想方案。但是，SPEs極低的室溫離子傳導(dǎo)率（< 10^-6 S·cm^-1）和有限的界面相容性，阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。相比之下，凝膠聚合物電解質(zhì)（gel polymer electrolytes, GPEs）兼具液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)點(diǎn)，使其成為現(xiàn)行電解質(zhì)體系可行的替代方案之一。

在此背景下，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院磷化工團(tuán)隊(duì)提出了一種新的設(shè)計(jì)理念，即基于P-N協(xié)效阻燃的3D交聯(lián)復(fù)合GPE。通過引入磷烯、自主研發(fā)的阻燃劑（DPM）及其帶有的電負(fù)性功能團(tuán)，策略性地調(diào)控聚合物骨架的分級(jí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了Li⁺的雙重加速傳導(dǎo)和高效阻燃性能。開發(fā)的復(fù)合GPE具有較高的室溫Li⁺傳導(dǎo)率（1.263 mS cm^-1，20 ℃），良好的氧化穩(wěn)定性（5.42 V vs. Li⁺/Li），并改善了Li⁺的傳輸能力（Li⁺遷移數(shù)達(dá)到0.53）。基于復(fù)合GPE的電池（LFP||Li、NCM||Li和LFP||石墨）在1 C倍率下表現(xiàn)出可優(yōu)異的可逆容量保持率和庫倫效率。研究進(jìn)一步通過分子軌道能級(jí)和密度泛函理論（DFT）計(jì)算，揭示了Li⁺與聚合物基體的相互作用機(jī)制。

上述研究成果以“3D hierarchical fireproof gel polymer electrolyte towards high-performance and comprehensive safety lithium-ion batteries”為題發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域知名期刊Chemical Engineering Journal上。論文第一作者為磷化工團(tuán)隊(duì)2020級(jí)博士研究生杜依柔，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院為論文通訊單位。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（22268025）和云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（202201AT070115, 202101AU070012, 202201BE070001-031）的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146605