​华科EnSM：热响应聚硅氧烷屏蔽层助力锂金属电池

锂金属电池（LMBs）因高能量密度（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也至关重要。

在此，华中科技大学的谢佳教授和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）的不燃特性设计出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. 作用机制

总之，与RCE和DME/TTE相比，当使用TEOS/PFPN时，锂金属负极与电解质的反应熵分别从-3645.6和-2088.4降低至-282.0 J g-1。此外，所开发的电解质可降低刺穿过程中的火灾和爆炸风险，从而显着增强 1.5 Ah Li/NCM712 软包电池的安全性。 此外，在热滥用测试中，TEOS/PFPN 将软包电池的 Ttr 提高到252.7°C，优于与 RCE 和 DME/TTE 相关的 160.4°C 和 198.4°C 的相应值。同时，TR 过程中达到的 Tmax 从 1188.7°C 和 1193.0°C 降至 723.0°C。因此，该项工作揭示了电解质成分、锂金属行为和整体电池安全性之间复杂的相互作用，为高性能储能系统的未来发展提供了宝贵见解。

图2. 安全性测试

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