电子科大熊杰/雷天宇/胡音《AM》：不燃多氟化物锚定准固态电解质实现超安全锂金属软包电池

由于火灾和爆炸事故频发，充电电池的安全运行至关重要。然而，以锂金属为负极的电池化学容易在易燃有机电解液的恶劣条件下发生热失控。

近日，电子科技大学熊杰教授、雷天宇特聘副研究员、胡音副研究员提出了一种原位封装策略，即通过六氟丁基丙烯酸酯（HFBA）单体和季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）交联剂的自由基聚合，构建了不易燃的准固态电解质。研究显示，由于HFBA在气相中具有捕捉自由基的能力，这种准固态体系消除了醚电解质固有的易燃性，自熄灭时间为零。此外，在PETEA高温分解过程中产生的石墨化碳层阻碍了燃烧所需的热量和氧气。因此，当与Au改性还原氧化石墨烯负极集流体和硫化锂正极结合使用时，基于所设计准固态电解质组装的无负极锂金属电池在循环过程中没有电池膨胀或气体产生的迹象，并且在多种机械、电气和热滥用情况下，甚至在严酷的撞击下，都消除了热失控现象。总体而言，这种具有气相和凝聚相阻燃机制的不可燃准固态结构可以推动无负极锂金属软包电池的技术飞跃，并确保以安全的方式为现代社会提供电力所需的实际应用。

文献要点：

1. 这项工作采用热稳定的丙烯酸六氟丁酯（HFBA）作为阻燃分子和单体，与季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）交联剂进行原位自由基聚合，将液态电解液转化为准固态体系。

2. 形成的准固态电解质（QSE）通过HFBA的气相自由基清除效应消除了液态有机溶剂固有的易燃性，而无需使用额外的阻燃溶剂，同时还具有出色的离子传导性和界面相容性。

3. PETEA形成的石墨化碳层通过凝聚相阻燃效应有效阻止了QSE与氧气的接触和燃烧所需的热量。

4. 为确保无枝晶锂沉积，作者将锚定金纳米粒子的还原氧化石墨烯（Au/rGO）薄膜作为亲锂负极集流体，形成了亲锂LixAu合金或固溶体。此外，硫化锂被用作正极，以避免使用具有晶格氧释放危险的活性材料。这种安全配置配备了不易燃的QSE，在循环过程中能很好地抑制电池膨胀和气体演化。此外，零过量锂的实用软包电池消除了滥用条件下热失控的安全隐患，包括机械滥用（碰撞或针刺）、电气滥用（过充或外部短路）、热滥用（过热或火灾危险），甚至是严酷的撞击。这些设计为先进的超安全无负极电池（AFC）的实际应用带来了希望。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202304762

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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