High-performance nonflammable gel polymer electrolyte with 3D interpenetrating network for advanced lithium-ion batteries

阻燃剂 电解质 复合数 化学工程 可燃性 聚合物 材料科学 互穿聚合物网络 纳米复合材料 化学 复合材料 工程类 物理化学 电极
作者
Yirou Du,Yuhui Xie,Lin Chen,Fei Hu,Xianshuai Liu,Sihao Yin,Hao Jiang,Xiaodong Liang,Feng Wu,Liang Qiao,Yi Mei,Delong Xie
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:493: 152810-152810 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152810
摘要

Concurrently attaining elevated safety and electrochemical performance in the realm of high-energy–density batteries represents a considerable challenge. Drawing inspiration from the synergistic flame-retardant concept of the P-Si element, a reactive phosphorus-containing flame retardant was meticulously devised that in conjunction with a nano octa-arm crosslinker featuring Si-O-Si and vinyl groups, collectively establishing a star-shaped crosslinked framework to resolve the issue of matrix compatibility and achieving the polymer matrix with intrinsic flame retardancy. Hence, a non-flammable composite gel polymer electrolyte (GPE) was fabricated. The composite GPE-based batteries, encompassing LiFePO4||Li, NCM523||Li and LiFePO4||Graphite, all exhibit commendable cyclic stability under 1C. Furthermore, deriving from the collaborative flame retardant characteristic, pouch cells incorporating the composite GPE displayed remarkable non-flammability and safety characteristics in various tests such as nail penetration, mechanical abuse and ignition scenarios, showcasing a notable 63.3 % reduction in maximum surface temperature. Intriguingly, the insights arising from Molecular Dynamics (MD) simulations indicate the migration mechanism for Li+ within a three-dimensional interpenetrating network, hence unmasking that feasible intra-chain hops of Li+ play a pivotal role.
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