传统锂离子电池（lithium ion batteries, LIBs）由于液态电解质易燃和挥发特性，存在泄漏、燃烧甚至爆炸等安全风险。为了应对这一挑战，有机磷系阻燃添加剂的研究正在进行中，但与电极较差的相容性在长时间循环中会导致电解质分解和容量衰减。因此，采用固体聚合物电解质（solid polymer electrolyte, SPEs）代替液态电解质已成为新一代LIBs的研究焦点。
基于此，昆明理工大学化学工程学院磷化工团队聚焦一种高安全型凝胶聚合物电解质（gel polymer electrolyte, GPE），基于P-Si协同阻燃机理，设计了多功能磷系阻燃单体(PDE),将其与八乙烯基POSS（V-POSS）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）单体共聚，构建具有星形互穿网络结构的阻燃改性GPE。PDE化学键合到聚合物骨架中，有助于星形Li+互穿传输网络形成，提升离子电导率（20 °C 时为 2.0 mS⋅cm−1）、抗氧化能力（5.6 V vs. Li+/Li）和Li+传输能力（tLi+=0.55）。通过分子动力学（MD）模拟，阐明了Li+在三维网络中快速迁移机制。柔性GPE（承受应变高达729%）可改善电极/电解质界面相容性，稳定SEI层，抵御锂枝晶腐蚀。其中，Si元素的设计掺入显著增加燃烧残炭中P元素的保留，促进更致密阻燃屏障形成。基于GPE的软包电池通过了国标针刺测试，在机械和火滥用测试下表现出优越的安全可靠性。
上述研究成果以“High-performance nonflammable gel polymer electrolyte with 3D interpenetrating network for advanced lithium-ion batteries”为题发表在化学工程领域Top学术期刊Chemical Engineering Journal上，论文第一作者为磷化工团队2020级博士杜依柔，通讯作者为我院谢于辉副教授、谢德龙教授和电子科技大学乔梁教授，昆明理工大学化学工程学院为论文通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金（22268025）和云南省基础研究计划项目（202201AT070115, 202101AU070012, 202201BE070001-031）等的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152810
