傳統(tǒng)鋰離子電池（lithium ion batteries, LIBs）由于液態(tài)電解質(zhì)易燃和揮發(fā)特性，存在泄漏、燃燒甚至爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，有機(jī)磷系阻燃添加劑的研究正在進(jìn)行中，但與電極較差的相容性在長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)中會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)分解和容量衰減。因此，采用固體聚合物電解質(zhì)（solid polymer electrolyte, SPEs）代替液態(tài)電解質(zhì)已成為新一代LIBs的研究焦點(diǎn)。

基于此，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院磷化工團(tuán)隊(duì)聚焦一種高安全型凝膠聚合物電解質(zhì)（gel polymer electrolyte, GPE），基于P-Si協(xié)同阻燃機(jī)理，設(shè)計(jì)了多功能磷系阻燃單體(PDE),將其與八乙烯基POSS（V-POSS）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）單體共聚，構(gòu)建具有星形互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的阻燃改性GPE。PDE化學(xué)鍵合到聚合物骨架中，有助于星形Li⁺互穿傳輸網(wǎng)絡(luò)形成，提升離子電導(dǎo)率（20 °C 時(shí)為 2.0 mS?cm^?1）、抗氧化能力（5.6 V vs. Li⁺/Li）和Li⁺傳輸能力（t_Li+=0.55）。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬，闡明了Li⁺在三維網(wǎng)絡(luò)中快速遷移機(jī)制。柔性GPE（承受應(yīng)變高達(dá)729%）可改善電極/電解質(zhì)界面相容性，穩(wěn)定SEI層，抵御鋰枝晶腐蝕。其中，Si元素的設(shè)計(jì)摻入顯著增加燃燒殘?zhí)恐?/span>P元素的保留，促進(jìn)更致密阻燃屏障形成。基于GPE的軟包電池通過(guò)了國(guó)標(biāo)針刺測(cè)試，在機(jī)械和火濫用測(cè)試下表現(xiàn)出優(yōu)越的安全可靠性。

上述研究成果以“High-performance nonflammable gel polymer electrolyte with 3D interpenetrating network for advanced lithium-ion batteries”為題發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域Top學(xué)術(shù)期刊Chemical Engineering Journal上，論文第一作者為磷化工團(tuán)隊(duì)2020級(jí)博士杜依柔，通訊作者為我院謝于輝副教授、謝德龍教授和電子科技大學(xué)喬梁教授，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(guó)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）等的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152810