华科EnSM：热响应聚硅氧烷屏蔽层抑制锂金属电池热失控

锂金属电池（LMBs）因高的能量密度（大于 350 Wh/kg）而备受关注。但其安全性仍是阻碍实际应用的关键问题。LMBs的安全隐患主要源于锂枝晶的生长和液态有机电解质的易燃性，以及滥用条件极易导致的热失控（TR）问题。因此，除了调控锂枝晶的形成和降低电解液的易燃性之外，抑制锂金属电池热失控的关键策略还取决于降低电解液与锂金属之间反应性。

在此，华中科技大学谢佳、曾子琪等人发现硅酸四乙酯（TEOS）在高温下（≥80 ℃）能被金属锂触发进行缩聚反应形成热稳定聚硅氧烷网络。作者结合乙氧基五氟环三磷腈（PFPN）的不燃特性设计了一种可钝化活性锂且不燃的电解液(TEOS/PFPN)。

结果显示，使用该电解液的Li | NCM712软包电池能够轻松通过针刺测试。更重要的是TEOS/PFPN可以将热失控触发温度（Ttr）从160.4提高到252.7 ℃，同时将热失控最高温度从1188.7降低到723.0 °C。

图1. 使用TEOS/PFPN 的全电池性能

总之，该工作提出活性锂钝化型电解液在延迟锂金属电池热失控方面的优异表现以及其与锂金属负极和三元正极保持良好兼容性。这两者可为热失控预警提供更充足的时间。此外，该电解液具有的不可燃性，可有效防止火灾蔓延。因此，该项研究成果为锂金属电池安全电解液的设计开辟了新途径，将对高安全锂金属电池领域的发展产生推动作用。

图2. 采用不同电解液软包电池的安全测试

Constructing thermo-responsive polysiloxane shields via lithium initiation to inhibit thermal runaway of lithium metal batteries, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103499

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