【研究背景】

锂金属电池因其超高能量密度被视为下一代储能体系的重要方向，但其热失控风险与安全隐患严重制约实际应用。以聚环氧乙烷（PEO）为代表的固态聚合物电解质虽具备良好界面相容性，但仍存在离子传输能力不足、机械强度有限及本征可燃性等问题。为提升安全性，引入磷酸酯类阻燃剂是一种有效策略，但其与锂金属之间的界面不相容性易引发副反应，导致电化学性能下降，形成安全性与稳定性难以兼顾的核心矛盾。

【文章简介】

基于此，西安航空学院李鑫、张敏团队提出了一种热触发分子“防火墙”策略，构建了PEO/HKUST-1@TMP/PET复合固态电解质。通过将磷酸三甲酯（TMP）限域于HKUST-1孔道中，实现了常温隔离反应、高温按需释放，在稳定界面的同时有效抑制燃烧链反应，显著提升电池安全性。该设计不仅赋予电解质优异的阻燃性能（LOI 24.3%），还通过调控结晶度与阴离子锚定提升Li+迁移能力（0.71），并借助聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）多孔骨架实现20 μm超薄且高强度结构。最终，电池在宽温区内展现出优异循环稳定性与倍率性能，软包能量密度达368.2 Wh kg-1，并通过热滥用测试验证其本征安全性。相关成果以“A Thermally-Activated Molecular ‘Firewall’ Composite Solid Electrolyte for Inherently Safe Lithium Metal Batteries”发表在国际知名期刊Advanced Functional Materials上。

【本文要点】

要点一：HKUST-1 MOF限域实现热触发“分子防火墙”机制

通过HKUST-1对TMP分子的限域，实现了典型的“常温隔离—高温释放”行为。结构与热分析（FTIR/TGA）表明TMP在约120 ℃后开始释放，延迟其挥发与反应过程，从而在热滥用条件下捕获自由基并阻断燃烧链反应，同时避免常温下与锂金属的副反应，兼顾界面稳定性与本征安全性。

图1. HKUST-1@TMP的制备与结构表征。

要点二：超薄复合结构实现离子传输与力学性能协同优化

HKUST-1@TMP填料通过降低PEO结晶度并锚定阴离子，提高Li+迁移能力（迁移数0.71）；同时，PET骨架赋予电解质高机械强度（25.54 MPa）并实现20 μm超薄结构，显著缩短离子传输路径，最终电解质表现出高离子电导与优异界面稳定性。

图2. PEO/HKUST-1@TMP/PET复合固态电解质的关键性能。

要点三：软包电池层面验证高安全与高能量密度兼容性

在实际软包电池中，该电解质实现368.2 Wh kg-1高能量密度，并在热滥用测试中表现出延迟热失控、降低热释放及稳定输出能力。同时在宽温区内保持良好循环稳定性，证明其在高安全固态锂金属电池中的应用潜力。

图3. NCM811|PEO/HKUST-1@TMP/PET|Li全电池的安全性评估。

【文章链接】

A Thermally-Activated Molecular “Firewall” Composite Solid Electrolyte for Inherently Safe Lithium Metal Batteries.

https://doi.org/10.1002/adfm.75300

文章来源：能源学人

特别声明：本站所载图文内容均来源互联网，微信公众号等公开渠道，我们对文中观点保持中立，出于更直观传递信息之目的转载稿件，仅供参考。版权归原作者和机构所有，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如有侵权，或涉及任何第三方合法权利，请及时联系我们删除（微信：CintaZz7），我们会及时反馈并处理完毕。