通过调控电解质的锁定-解离动力学，开发出可扩展的阻燃聚合物保护层，用于确保热安全性的锂金属电池

《Journal of Energy Chemistry》：Manipulation of electrolyte locking-desolvating kinetics enabling scalable flame-retardant polymer protector for thermally safe lithium metal batteries

聚丙烯腈基复合膜通过电纺制备，整合含磷阻燃剂（TEP、APP、PFPN），优化锂金属电池电极/电解质界面稳定性，提升锂离子迁移效率，实现超800小时循环寿命。

　　

刘洋|王一莎|孙浩腾|张明通|杨天翔|张汉奇|朱金鑫

中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽省合肥市230026

章节摘录

材料

聚丙烯腈（PAN，平均分子量Mw为50000）由上海麦克莱恩生化科技有限公司提供。乙氧基（五氟）环三磷氮烷（PFPN，纯度≥98%）、三乙基磷酸酯（TEP，纯度≥99.5%）和聚磷酸铵（APP，n≥1500）购自上海阿拉丁生化科技有限公司。二甲基亚酰胺（DMF）由中国上海新华制药试剂有限公司提供。商用磷酸铁锂（LFP）正极则从深圳科景星科技有限公司采购。

阻燃聚合物膜的制备

基于理论计算，通过静电纺丝法制备了含有阻燃剂（TEP、APP和PFPN）的PAN基复合膜，并对其物理化学性质进行了表征。通过静电势（ESP）分析研究了TEP、APP和PFPN的结构和电荷分布，其中携带负电荷的氮（N）和氧（O）元素改变了电子的分布，增加了与锂离子的结合位点。

结论

本研究制备了一种电化学和热稳定性良好的聚合物电极/电解质界面，用于安全的长寿命电池（LMBs）。通过模拟和实验分析表明，这些聚合物和有机分子能够促进锂离子的脱溶剂化并提高锂离子的迁移效率。这些聚合物膜对电解质具有优异的润湿性，并能够实现电解质锁定。Li-PAN@PFPN对称电池的循环寿命超过800小时，表现出优异的性能。

CRediT作者贡献声明

刘洋：撰写初稿、实验研究、数据分析。王一莎：撰写、审稿与编辑、数据分析。孙浩腾：软件开发。张明通：实验研究、数据分析。杨天翔：撰写、审稿与编辑、软件开发。张汉奇：软件开发、数据分析。朱金鑫：数据验证、项目监督、资源管理、方法论设计、资金申请、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：52573067、52172204）和安徽省城市轨道交通安全与应急管理重点实验室（合肥，项目编号：2024GD0001）的资助。部分实验工作在中国科学技术大学物理科学仪器中心和工程材料科学实验中心进行。