傳統(tǒng)鋰離子電池（lithium ion batteries, LIBs）由于液態(tài)電解質易燃和揮發(fā)特性，存在泄漏、燃燒甚至爆炸等安全風險。為了應對這一挑戰(zhàn)，有機磷系阻燃添加劑的研究正在進行中，但與電極較差的相容性在長時間循環(huán)中會導致電解質分解和容量衰減。因此，采用固體聚合物電解質（solid polymer electrolyte, SPEs）代替液態(tài)電解質已成為新一代LIBs的研究焦點。
基于此，昆明理工大學化學工程學院磷化工團隊聚焦一種高安全型凝膠聚合物電解質（gel polymer electrolyte, GPE），基于P-Si協(xié)同阻燃機理，設計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，構建具有星形互穿網(wǎng)絡結構的阻燃改性GPE。PDE化學鍵合到聚合物骨架中，有助于星形Li+互穿傳輸網(wǎng)絡形成，提升離子電導率（20 °C 時為 2.0 mS?cm?1）、抗氧化能力（5.6 V vs. Li+/Li）和Li+傳輸能力（tLi+=0.55）。通過分子動力學（MD）模擬，闡明了Li+在三維網(wǎng)絡中快速遷移機制。柔性GPE（承受應變高達729%）可改善電極/電解質界面相容性，穩(wěn)定SEI層，抵御鋰枝晶腐蝕。其中，Si元素的設計摻入顯著增加燃燒殘?zhí)恐?/span>P元素的保留，促進更致密阻燃屏障形成。基于GPE的軟包電池通過了國標針刺測試，在機械和火濫用測試下表現(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)表在化學工程領域Top學術期刊Chemical Engineering Journal上，論文第一作者為磷化工團隊2020級博士杜依柔，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喬梁教授，昆明理工大學化學工程學院為論文通訊單位。該研究工作得到了國家自然科學基金（22268025）和云南省基礎研究計劃項目（202201AT070115, 202101AU070012, 202201BE070001-031）等的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152810
