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中科大胡源/宋磊/阚永春《AFM》:原位聚合构建不燃凝胶聚合物电解质助力安全柔性锂电!
不燃电解质中阻燃剂的高含量会导致锂离子电池(LIBs)的电化学性能恶化。此外,大多数不燃电解质的火灾风险研究集中在在扣式电池中,这无法揭示其真实性能。

鉴于此,中国科学技术大学胡源研究员宋磊教授阚永春副研究员通过在电解质中原位聚合磷酸三(丙烯酰氧乙基)酯(TAEP)和三甘醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA),设计了一种具有稳定界面、低阻燃剂含量(7.5 wt.%)和磷固定的不燃凝胶聚合物电解质(GPE。所得GPE具有优异的不燃性,在被火加热>10秒后,仍未被点燃。并且石墨//GPE//Li的平均容量衰减率(0.008%)远远低于液态电解液(0.039%)。此外,作者还制备了基于GPE的软包电池,其具有良好的柔性和出色的防火安全性。在100%的SOC下,1Ah柔性软包电池没有发生火灾,没有热失控,也没有电解质泄漏。软包电池的高安全性机制也被揭示:首先,GPE热降解产生的可燃热解产物的量可通过形成含有P和F的炭而减少,其次,GPE的燃烧可通过阻燃分子的OH自由基猝灭作用而熄灭。总之,这项工作为设计高安全的锂离子电池提供了指导原则。
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文章要点:
1. 这项工作通过TAEP和TEGDMA在电解质中的原位聚合,设计了一种具有超低容量衰减和不燃性优势的GPE。
2. 由于阻燃分子与GPE聚合物基体化学键合,避免了阻燃分子与电极之间副反应引起的LIB容量衰减。与液态电解液(LE)相比,石墨//GPE//Li的循环稳定性显著提高。GPE-3的平均容量衰减率(0.008%)从第50次循环到第500次循环远低于LE(0.039%)。
3. 作者研究了基于1 Ah GPE-3的柔性软包电池的电化学性能。结果,柔性软包电池(graphite//GPE-3//LiFePO4)表现出优异的长循环稳定性(平均容量衰减率仅为0.057%)和良好的柔性,经过弯曲、缠绕、折叠、冲孔和剪切后仍能正常工作。
4. 基于GPE-3的柔性软包电池还具有出色的防火安全性。1Ah 100%SOC软包电池无起火、无热失控、无电解液泄漏。
5. 进一步研究了GPE-3的热解过程和阻燃机理。
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图1 GPE的制备和表征
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图2 电化学性能
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图3 柔性软包电池的性能
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图4 GPE-3的阻燃机理

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原文链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202203006

来源:高分子科学前沿


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