阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质实现安全锂金属电池！

A+

固态锂金属电池（SSLMBs）作为一种下一代储能设备，已经获得了广泛的关注。然而，固态聚合物电解质（SPEs）易燃、机械强度低、离子电导率低等缺点限制了其进一步发展。

近日，华中科技大学黄云辉教授、许恒辉教授、裴非博士通过共价键将反应性阻燃剂单元引入聚合物框架，从而创造出了一种不易燃、可拉伸的聚氨酯基固态聚合物电解质。同时，这项工作通过接枝刚性苯环单元提高了聚合物骨架的机械强度，从而显著抑制了锂枝晶的生长。因此，这些原本易燃的固态聚合物电解质在与火焰接触6秒后也不会燃烧。此外，所获得的SPE将电化学稳定性窗口扩展到5.1V。另外，含有溴的小单体在锂金属表面分解，产生富含LiBr的固体电解质界面（SEI）。结果，Li|SPEs|Li对称电池在0.2 mA cm⁻²和0.2 mAh cm⁻²下可提供超过2100小时的稳定循环寿命。LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂|SPEs|Li电池在0.3C下循环330次后，容量为142.1 mAh g⁻¹，容量保持率为85.2%。

文章要点：

1. 这项工作报告了一种基于不易燃聚氨酯的新型固态聚合物电解质，其骨架上共价结合了活性阻燃剂。

2. 聚己内酯二醇（PCL）软段中丰富的C═O和C─O─C官能团可作为Li⁺的络合位点，促进锂盐的解离。聚合过程中产生的许多重复的-NH─COO─基团引入了大量氢键，使聚合物电解质具有自愈能力。因此，这种无规三元共聚物SPE具有锂离子转移数高（0.57）、活化能低（0.35 eV）、电化学窗口宽（5.1 V）的特点，并能提供足够的机械强度以抵抗锂枝晶的生长。

3. 与集成正极组装在一起的SSLMB可在电极/电解质界面上形成紧密接触，并缩短Li⁺的传输距离。含溴小分子可在锂金属表面提供LiBr，从而有效改善界面形态，创造稳定的循环条件。