Phosphorus‐Structured Gel Electrolytes Enable Dual Protection for Thermal Runaway‐Resistant Lithium Metal Batteries

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作者
Zeyu Zhang,Fan Jiang,Xibang Chen,Mingshu Xie,Songtong Zhang,Pengchen Zhao,Xiayu Zhu,Jintao Li,Jing Peng,Weibo Hua,Wenqi Huang,Jiuqiang Li,Xue Yang,Bin Liao,Le Yu,Maolin Zhai,Jingyi Qiu
出处
期刊:Energy & environmental materials [Wiley]
卷期号:9 (2)
标识
DOI:10.1002/eem2.70149
摘要

The development of safe lithium metal batteries (LMBs) is critical for practical applications with high‐energy density demanding. In this study, a phosphorus‐containing diethyl vinylphosphonate (DEVP)‐based gel polymer electrolyte (PD‐VI GPE) with high ionic conductivity of 6.38 mS cm −1 is prepared by in situ γ‐ray radiation polymerization. The PD‐VI GPE induces the formation of a uniform, dense fluorine‐, and phosphorus‐rich solid electrolyte interphase (SEI) in Li||Cu coin cells, effectively suppressing interfacial side reactions and enabling stable lithium deposition. Pouch cells assembled with the PD‐VI GPE (2 g Ah −1 ) exhibit a specific energy of 420 Wh kg −1 with 89% capacity retention over 80 cycles. A novel in situ separator thermal shrinkage assay reveals that the PD‐VI GPE‐coated Celgard separator maintains structural integrity at 129 °C. Phosphorus‐functional groups in the PD‐VI GPE act as oxygen radical scavengers, inhibiting cathode‐derived O 2 evolution in abusive conditions. Thus, LMBs assembled with the PD‐VI GPE demonstrate suppressed thermal runaway and mechanical abuse tolerance. This study establishes a material design paradigm that concurrently addresses interfacial stability and safety challenges, paving the way for the application of LMBs in energy systems with high‐safety requirements.
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