隨著電動汽車與儲能電站的發(fā)展，鋰金屬電池雖有望突破500Wh/kg的能量密度極限，卻面臨嚴峻的安全挑戰(zhàn)。高鎳正極在200℃時即分解釋放氧氣，金屬鋰負極與電解液反應生成氫氣、甲烷等可燃氣體，正負極氣體在密閉空間相遇易觸發(fā)劇烈反應，導致電池熱失控甚至爆炸。因此，開發(fā)兼顧高能量與高安全的電池技術成為行業(yè)的迫切需求。

近日，中國科學院化學研究所研究員白春禮、郭玉國與副研究員張瑩，基于前期電池熱安全機制和聚合物電解質設計的研究成果，提出“阻燃界面用于智能氣體管理”設計策略。該團隊在正極內(nèi)部構建阻燃界面（FRI），通過溫度響應機制實現(xiàn)雙重防護：當電芯溫度升至100℃時，F(xiàn)RIs釋放含磷自由基并遷移至負極表面，猝滅電解液熱解產(chǎn)生的H·、CH·等活性基團，使可燃氣體生成量下降63%，同時抑制正極49%的氧氣釋放，從源頭切斷爆炸反應鏈。

進一步，在熱濫用測試中，研究實現(xiàn)0.6Ah鋰金屬軟包電芯零爆炸。在0.6Ah鋰金屬軟包電芯的熱安全測試中，該策略展現(xiàn)出優(yōu)異的防護效果：熱失控峰值溫度從1038℃降至220℃，升溫速率降低40000倍，實現(xiàn)電芯零熱失控。氣相色譜-質譜分析證實，電芯內(nèi)部整體產(chǎn)氣量減少63%，其中可燃氣體占比由62%降至19%，緩解了電池內(nèi)部壓力積聚，并降低了電池爆炸風險。

上述研究為開發(fā)高比能、高安全的電池技術提供了新思路。

相關研究成果發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，并被New Scientist報道。研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院等的支持。

正極阻燃界面抑制電池熱失控產(chǎn)氣實現(xiàn)鋰金屬電池高安全