张胜教授团队在《Nano Energy》上发表研究论文

北京化工大学材料学院张胜教授团队近日在《Nano Energy》（IF=17.1）上发表了题为“Phosphazene additives for high-performance lithium metal batteries with ether-based gel polymer electrolyte, enabling 4.5V long cycling”的学术论文，制备了一种磷腈添加剂并应用于原位构建DOL基凝胶电解质，以提高其耐高压性和阻燃性。该材料能够稳定吸附PF₆^-，抑制HF产生并促进生成含F稳定正极-电解质界面膜，显著提升醚类电解质匹配NCM811高压正极时的性能，同时材料中含有的P-N元素在高温下具有协同阻燃效果，有效提升了电池的防火性能。

电动汽车市场的快速增长对新一代高能量密度、高安全性的锂电池提出了严格的要求，然而，实现这一目标仍面临重大挑战。例如，液体电解质易燃易挥发，带来严重的安全隐患；此外，由于电解质的氧化稳定性不足，循环过程中在正极/电解质界面发生的严重寄生反应会降低电池性能，特别是匹配高压富镍三元LiNi_1−x−yMnxCoyO₂（1-x-y≥0.8，NCM）正极时尤为明显。同时LiPF6作为使用最为广泛的锂盐，会与电解质中痕量的水反应生成HF，严重影响醚类电解质的电化学性能。从根本上抑制HF的产生并形成稳定的CEI膜是改善电池性能和安全性的明智策略。本文为未来的研究提供了新的视角，有助于加速耐高压高安全聚合物电解质的研究及市场化应用。

本工作通过简单的一步沉淀聚合方法合成磷腈微球（TH），所制备的TH是具有光滑表面的典型球体，平均粒径为181 nm，其小尺寸便于浸入隔膜和电极中以构建完整而紧密的界面。TH能有效与电解质中锂盐阴离子结合，抑制其与痕量水结合所产生HF，同时改变其HOMO能级，使其能够在电解质本体氧化前优先氧化形成富含P/N/F元素的稳定电极-电解质界面膜，从而提升电池电化学性能并抑制电解质氧化。此外，均匀分布的TH与PDOL相互作用，显著影响电解质对Li⁺扩散特性。TH的存在降低了Li⁺传输的活化能及阻抗，提高了扩散系数，并且与阴离子相互作用提升了Li⁺迁移数，这有利于抑制锂枝晶的发展。因此，当TH颗粒添加进聚合物电解质中后，电池性能表现优异，所组装的NCM811//Li电池在3-4.3V,1C下循环300圈后容量保持率为92.87%，当电压提升至3-4.5V时，电池循环300圈后容量保持率为76.21%。此外，TH中在高温下分解产生磷自由基等阻燃成分，有效提升电解质阻燃安全性，赋予软包电池更高的防火安全性。含有微球的电解质制备工艺简单，可承受高电压并具有优异耐火性的特征，为构建具有高能量密度和高安全性的锂电池提供了一种明智的策略。

本文第一作者为刘国庆博士，张胜教授，孙军教授为本文共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位、本研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。

Guoqing Liu, Hao Yu, Tao Zhu, Hao Jia, Xinxin Dong, Wei Liu, Jun Sun, Xiaoyu Gu, Sheng Zhang. Phosphazene additives for high-performance lithium metal batteries with ether-based gel polymer electrolyte, enabling 4.5V long cycling. Nano Energy, 2025, 111471.