A Triple‐Shield Supramolecular Film: Simultaneously Enabling High‐Voltage Insulation, Thermal Conduction, and Flame Retardancy for Battery Safety

材料科学 热导率 复合数 氮化硼 阻燃剂 热失控 热的 复合材料 保温 聚酰亚胺 烧焦 电池(电) 超分子聚合物 超分子化学 纳米技术 聚合物 热稳定性 氮化物 导电体 图层(电子) 纳米材料
作者
Yan Gao,Jinfeng Li,Ruize Wang,Jinhu Hu,ZhongYuan Li,Shiqi Wang,Tao Lu,Binhan Lv,Ye‐Tang Pan,Tian Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e75734-e75734 被引量:1
标识
DOI:10.1002/smll.75734
摘要

The escalating risk of thermal runaway in lithium-ion batteries (LIBs) demands advanced materials that integrate efficient thermal management, superior electrical insulation, and exceptional flame retardancy. Inspired by supramolecular assembly strategies, we designed a novel multifunctional composite by incorporating boron nitride nanosheets (BNNS) into a hydrogen-bonded network formed between polyimide (PI) and a specially synthesized phosphorous-nitrogen flame retardant (FR). The hydrogen bonding networks between PI and FR effectively drive reorganization and densification of the molecular chains, leading to an expanded bandgap, deep charge traps, and significantly enhanced breakdown strength. Simultaneously, the well-dispersed BNNS construct efficient thermal pathways, boosting the thermal conductivity, while synergizing with FR to form a robust char barrier that suppresses heat and mass transfer during combustion. Consequently, the optimized PI/FR@BNNS composite exhibits an exceptional combination of a high breakdown strength (750 MV/m), enhanced thermal conductivity (1.85 W/mK), and outstanding flame retardancy. When applied as a protective layer on LIBs, this composite simultaneously provides effective heat dissipation, reliable electrical insulation, and active fire suppression, demonstrating great potential as an integrated material for ensuring the safety of high-energy-density battery systems.
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