上交王久林EnSM：阻燃凝胶聚合物电解质稳定锂金属，推动锂硫电池实用化

凝胶聚合物电解质兼具固态电解质和液态电解质的优点。一般来说，液态电解质被物理地储存在聚合物基体的多孔结构中，而聚合物基体的多孔结构无法阻止液态电解质与热力学不稳定的锂金属之间的反应。同时，存储的液态电解质仍然存在安全隐患。

图1 电解质设计

上海交通大学王久林等设计制备了阻燃聚合物聚酰亚胺(PI)，可将经典碳酸酯液态电解液胶凝形成阻燃凝胶聚合物电解质，从而大大提高电池的安全性。研究发现，PI链中的三氟甲基提供了负电环境，有利于Li⁺的转移，从而提高了锂离子转移数（0.727）。

更重要的是，芳香苯环作为H受体，溶剂的烷基作为H供体，形成CH/π相互作用，促进Li⁺/溶剂的弱相互作用，从而减少锂金属与电解质之间的寄生反应，促进锂离子的均匀沉积。

图2 凝胶聚合物电解质的物化性质

受益于上述优势，所提出的阻燃凝胶聚合物电解质与硫含量超过48%的Li-SPAN电池具有很高的兼容性，为安全的Li-S电池带来了巨大的希望。特别是，Li-SPAN在凝胶聚合物电解质中表现出良好的循环稳定性，在0.2C下循环200圈后保持了相对于第二圈92.8%的容量。总体而言，所设计的凝胶聚合物电解质为Li-S电池的应用提供了可能。

图3 Li-SPAN电池的性能

Gel electrolyte with flame retardant polymer stabilizing lithium metal towards lithium-sulfur battery. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102885

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