A fire-safe Li metal battery via smart gas management

热失控 易燃液体 阴极 材料科学 电解质 可燃性 阻燃剂 阳极 化学工程 电池(电) 废物管理 化学 复合材料 电极 工程类 功率(物理) 物理 量子力学 物理化学
作者
Jun‐Chen Guo,Cong-Zheng Chai,Yahui Wang,Yao Zhao,Sen Xin,Ying Zhang,Yu‐Guo Guo,Chunli Bai
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (29): e2501549122-e2501549122 被引量:5
标识
DOI:10.1073/pnas.2501549122
摘要

. The accumulation of these gases contributes to mechanical rupture, and their migration further exacerbates thermal runaway. To address these challenges, we propose a smart gas management strategy that constructs continuous flame-retardant interfaces (FRIs) by incorporating flame-retardant polymers (FRPs) into the cathode. Smart gas management is defined as the ability to suppress gas production, alter gas composition to reduce flammability, and mitigate internal pressure buildup, thereby preventing thermal runaway. The FRIs significantly enhance the thermal stability of the cathode by suppressing oxygen release and minimizing electrolyte oxidation caused by active oxygen species. Additionally, the FRP releases flame-retardant radicals that diffuse into the electrolyte, interrupting reactions that generate flammable gases at the anode. This dual-action mechanism reduces gas production and mitigates the risks associated with thermal runaway, forming the foundation of a smart gas management strategy. With this strategy, we demonstrate zero thermal runaway in a 0.58-Ah Li||NCM811 pouch cell with 100% state of charge under thermal abuse conditions. This approach is highly compatible with current manufacturing processes, offering a scalable solution for improving the safety of high-energy-density Li metal batteries. This work provides a promising pathway toward fire-safe Li metal batteries for electric vehicles and other energy storage applications.
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