物理化学学报 >> 2026, Vol. 42 >> Issue (7): 100201.doi: 10.1016/j.actphy.2025.100201
俞华1,2,†, 陈鼎都3,†, 王璇1, 杨丽君2, 王戈明3,*(
), 胡朴3,*(
)
收稿日期:2025-09-08
修回日期:2025-10-16
录用日期:2025-10-16
发布日期:2026-05-22
通讯作者:
Email: wanggemingwit@163.com (王戈明)puhu@wit.edu.cn (胡朴)
作者简介:†这些作者对这项工作做出了同等贡献
Hua Yu1,2, Dingdu Chen3, Xuan Wang1, Lijun Yang2, Geming Wang3,*(
), Pu Hu3,*(
)
Received:2025-09-08
Revised:2025-10-16
Accepted:2025-10-16
Published:2026-05-22
Contact:
Email: wanggemingwit@163.com (Geming Wang)puhu@wit.edu.cn (Pu Hu)
摘要:
锂离子电池中碳酸酯类电解液的可燃性存在安全隐患,亟需开发先进阻燃体系。本文提出一种新型电解质添加剂策略,将含磷/氮离子液体(P/N-ILs)封装于金属有机框架(MOF)中。所得的P/N-ILs@MOF复合材料具有高孔隙率和结构稳定性,在有效防止P/N-ILs聚集的同时,保持了磷元素捕获自由基与氮气稀释的协同阻燃功能。添加5 wt% P/N-ILs@MOF(MIE-5)的电解液实现自熄时间缩短90%,极限氧指数提升32%。电化学测试表明,MIE-5在Li|MIE-5|LiFePPO4电池中展现出优异的循环稳定性,300次循环后容量保持率达84.5%。此外,采用MIE-5电解液的10 Ah石墨|MIE-5|LiFePPO4软包电池在1C倍率下循环280次后仍保留了97.7%的容量,在2C倍率下保持0.2C容量的94.9%。本研究通过MOF封装技术开创了阻燃性与电化学性能协同提升的新范式,为下一代安全耐用锂离子电池的开发提供了重要思路。
俞华, 陈鼎都, 王璇, 杨丽君, 王戈明, 胡朴. MOF封装磷/氮离子液体作为高安全性锂离子电池的多功能阻燃添加剂[J]. 物理化学学报, 2026, 42(7), 100201. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100201
Hua Yu, Dingdu Chen, Xuan Wang, Lijun Yang, Geming Wang, Pu Hu. MOF-encapsulated phosphorus/nitrogen ionic liquid as a multifunctional flame-retardant additive for high-safety lithium-ion batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2026, 42(7), 100201. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100201
| 1 |
J. Liu, X. Li, J. Huang, G. Yang, J. Ma. Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2312762.
doi: 10.1002/adfm.202312762 |
| 2 |
Y. L. Jie, X. D. Ren, R. G. Cao, W. B. Cai, S. H. Jiao. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910777.
doi: 10.1002/adfm.201910777 |
| 3 |
X. Yao, D. Li, L. Guo, M. Kallel, S. D. Alahmari, J. N. Ren, I. Seok, G. Roymahapatra, C. Wang. Adv. Compos. Hybrid Mater. 2024, 7, 63.
|
| 4 |
J. Mei, B. Li, S. Zhang, D. Xiao, P. Hu, G. Zhang. Acta Phys. Chim. Sin. 2024, 40, 2407023.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202407023 |
| 5 |
G. Férey, C. Mellot-Draznieks, C. Serre, F. Millange, J. Dutour, S. Surblé. Science 2005, 309, 2040.
doi: 10.1126/science.1116275 |
| 6 |
G. Zheng, Y. Chen, R. Chen, X. Li, Z. Chen, Z. Zeng, H. Yan. Chem. Eng. J. 2025, 518, 164616.
doi: 10.1016/j.cej.2025.164616 |
| 7 |
Q. Li, P. Li, Z. Liu, J. Zhang, H. Zhang, W. Yu, X. Hu. Acta Phys. Chim. Sin. 2024, 40, 2311030.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202311030 |
| 8 |
J. Zhou, Y. Huan, L. Zhang, Z. Wang, X. Zhou, J. Liu, X. Shen, L. Hu, T. Qian, C. Yan. Mater. Today 2022, 60, 271.
doi: 10.1016/j.mattod.2022.08.015 |
| 9 |
X. T. Zhu, Z. R. Wang, Z. Xu, J. Y. Li, H. X. Yang, B. Q. Luo, B. Guo, K. Wang. Chem. Eng. J. 2025, 513, 162812.
doi: 10.1016/j.cej.2025.162812 |
| 10 |
X. W. Mu, X. Zhou, W. Wang, Y. L. Xiao, C. Liao, H. Longfei, Y. C. Kan, L. Song. Chem. Eng. J. 2021, 405, 126946.
doi: 10.1016/j.cej.2020.126946 |
| 11 |
C. L. Miao, X. X. Wang, D. H. Guan, J. X. Li, H. F. Wang, J. J. Xu. Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2307150.
doi: 10.1002/adfm.202307150 |
| 12 |
S. Li, Y. Chen, X. Leng, M. Yang, W. U. Arifeen, T. J. Ko. Chem. Eng. J. 2024, 500, 157209.
doi: 10.1016/j.cej.2024.157209 |
| 13 |
A. Huang, J. Xu, Y. Huang, G. Chu, M. Wang, L. Wang, Y. Sun, Z. Jiang, X. Zhu. Acta Phys. Chim Sin. 2025, 41, 100037.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202408007 |
| 14 |
L. Zhao, Y. Zhong, C. Cao, T. Tang, Z. Shao. Nano-Micro Lett. 2024, 16, 124.
doi: 10.1007/s40820-024-01358-9 |
| 15 |
L. Q. Liu, Z. K. Gong, C. Liu, A. P. Peng, Z. Zhang, J. Yu, J. X. Cai, Z. Y. Yang. Green Chem. 2024, 26, 4168.
doi: 10.1039/d4gc00121d |
| 16 |
T. Xu, T. Zheng, Z. Ru, J. Song, M. Gu, Y. Yue, Y. Xiao, S. Amzil, J. Gao, P. Müller‐Buschbaum, et al., Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2313319.
|
| 17 |
S. Luo, N. Deng, H. Wang, Q. Zeng, Y. Li, W. Kang, B. Cheng. Chen. Eng. J. 2023, 474, 145683.
doi: 10.1016/j.cej.2023.145683 |
| 18 |
H. Zhao, M. Chen, C. Zhang, W. Li, X. Mi, Y. Chen, Q. Tian, B. Liu, J. Chen. Chem. Eng. J. 2025, 520, 166136.
doi: 10.1016/j.cej.2025.166136 |
| 19 |
Y. Yang, N. Yao, Y. X. Yao, L. Xu, X. F. Wen, Z. Li, Z. L. Yang, C. Yan, J. Q. Huang. Adv. Energy Mater. 2024, 2403183.
doi: 10.1002/aenm.202403183 |
| 20 |
J. Liu, Z. Zhang, M. Kamenskii, F. Volkov, S. Eliseeva, J. Ma. Acta Phys. Chim. Sin. 2025, 41, 100011.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202308048 |
| 21 |
M. Wu, S. Han, S. Liu, J. Zhao, W. Xie. Energy Storage Mater. 2024, 66, 103174.
doi: 10.1016/j.ensm.2024.103174 |
| 22 |
X. Zhu, Z. Wang, Z. Fang, Z. Xu, B. Luo, H. Yang, K. Wang, B. Guo. J. Energy Storage 2024, 108, 115080.
doi: 10.1016/j.est.2024.115080 |
| 23 |
Q. Hu, G. M. Han, A. P. Wang, K. D. Gao, J. Y. Liao, M. L. Ding, Y. C. Zhou, R. Dominko, H. T. Wang, J. F. Yao. Chem. Eng. J. 2024, 497, 154608.
doi: 10.1016/j.cej.2024.154608 |
| 24 |
Y. Ahmed, X. X. Feng, Y. J. Gao, Y. Ding, C. Y. Long, M. Haider, H. Y. Li, Z. Li, S. C. Huang, M. I. Saidaminov, et al.. Acta Phys. Chim. Sin. 2024, 40, 2303057.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202303057 |
| 25 |
J. D. Liu, X. Li, D. X. Wu, H. P. Wang, J. D. Huang, J. M. Ma. Acta Phys. Chim. Sin. 2024, 40, 2306039.
doi: 10.3866/PKU.WHXB202306039 |
| 26 |
L. Han, L. Wang, Z. Chen, Y. Kan, Y. Hu, H. Zhang, X. He. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2300892.
doi: 10.1002/adfm.202300892 |
| 27 |
M. C. Nguyen, H. L. Nguyen, T. P. Duong, S. H. Kim, J. Y. Kim, J. H. Bae, H. K. Kim, S. N. Lim, W. Ahn. Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 202406987.
doi: 10.1002/adfm202406987 |
| 28 |
G. Lin, K. Jia, Z. Bai, C. Liu, S. Liu, Y. Huang, X. Liu. Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2207969.
doi: 10.1002/adfm.202207969 |
| 29 |
H. Jiang, Y. Q. Du, L. Y. Zhao, X. Y. Liu, J. R. Kong, P. Liu, T. Zhou. Chem. Eng. J. 2024, 487, 150455.
doi: 10.1016/j.cej.2024.150455 |
| 30 |
H. Chang, W. Y. Li, H. J. Liu, H. K. Hu, W. Liu, Y. C. Jin, G. L. Cui. Chem. Eng. J. 2024, 481, 148602.
doi: 10.1016/j.cej.2024.148602 |
| 31 |
S. Lei, Z. Q. Zeng, Y. K. Wu, M. C. Liu, S. J. Cheng, J. Xie. Chem. Eng. J. 2023, 463, 142181.
doi: 10.1016/j.cej.2023.142181 |
| 32 |
M. Zhang, J. Xiao, W. Tang, Y. He, P. Tan, M. Haranczyk, D. Y. Wang. Adv. Energy Mater. 2024, 14, 2401241.
doi: 10.1002/aenm.202401241 |
| 33 |
L. Shen, H. B. Wu, F. Liu, J. Shen, R. Mo, G. Chen, G. Tan, J. Chen, X. Kong, X. Lu, et al.. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2003055.
|
| 34 |
Y. H. Zhang, Y. M. Xiao, Z. J. Tang, L. L. Zou, Q. T. Liu, X. D. Fu, X. Xiang, J. D. Deng. Chem. Eng. J. 2024, 500, 157191.
doi: 10.1016/j.cej.2024.157191 |
| 35 |
D. Xu, D. D. Zhao, X. Y. Niu, T. T. Wang, Z. L. Yang. Chem. Eng. J. 2024, 490, 151780.
doi: 10.1016/j.cej.2024.151780 |
| 36 |
K. Wang, M. Zhang, J. Ren, W. Wei, J. Nai. Nanoscale 2025, 17, 11275.
doi: 10.1039/d5nr00470e |
| 37 |
Z. Li, J. Wang, H. Yuan, Y. Yu, Y. Tan. Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2405890.
doi: 10.1002/adfm.202405890 |
| 38 |
Q. K. Zhang, X. Q. Zhang, L. P. Hou, S. Y. Sun, Y. X. Zhan, J. L. Liang, F. S. Zhang, X. N. Feng, B. Q. Li, J. Q. Huang. Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200139.
doi: 10.1002/aenm.202200139 |
| 39 |
S. Zhang, Z. Li, Y. Guo, L. Cai, P. Manikandan, K. Zhao, Y. Li, V. G. Pol.. Chem. Eng. J. 2020, 400, 125996.
doi: 10.1016/j.cej.2020.125996 |
| 40 |
X. Tian, Y. Liu, C. Zhao, C. Li, X. Yang, J. Zhang, J. Lang, D. G. Shchukin, H. Du, M. Li. Chem. Eng. J. 2024, 503, 158145.
doi: 10.1016/j.cej.2024.158145 |
| 41 |
R. Li, Z. Fang, C. Wang, X. Zhu, X. Fu, J. Fu, W. Yan, Y. Yang. Chem. Eng. J. 2021, 430, 132706.
doi: 10.1016/j.cej.2021.132706 |
| 42 |
A. Wang, Y. Song, Z. Zhao, X. Li, Z. Hu, J. Luo. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2302503.
doi: 10.1002/adfm.202302503 |
| 43 |
G. Jiang, J. Liu, Z. Wang, J. Ma. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2300629.
doi: 10.1002/adfm.202300629 |
| 44 |
X. Ma, Y. Lu, Y. Ou, S. Yan, W. Hou, P. Zhou, K. Liu. Nano Res. 2024, 17, 8754.
doi: 10.1007/s12274-024-6902-4 |
| 45 |
M. Du, Z. He, Y. Zhang, Y. P. Cai, Q. Zheng. Adv. Energy Mater. 2024, 15, 2403674.
doi: 10.1002/aenm.202403674 |
| 46 |
Y. Ma, Z. Li, H. Wang, H. Li. J. Colloid Interface Sci. 2018, 534, 469.
doi: 10.1016/j.jcis.2018.09.059 |
| 47 |
L. Zhou, H. Pan, G. Yin, Y. Xiang, P. Tan, X. Li, Y. Jiang, M. Xu, X. Zhang. Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2314246.
doi: 10.1002/adfm.202314246 |
| 48 |
D. Lu, S. Zhang, J. Li, L. Huang, X. Zhang, B. Xie, X. Zhuang, Z. Cui, X. Fan, G. Xu, et al.. Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2300684.
|
| 49 |
C. Villacis-Segovia, R. D. Olmo, J. L. O. Martínez, L. A. ODell, M. Fernández, D. Mecerreyes, A. Kvasha, I. Villaluenga. Chem. Eng. J. 2024, 500, 156221.
doi: 10.1016/j.cej.2024.156221 |
| 50 |
Y. Liu, S. Qiao, W. Lin, L. Bao, J. Hu, P. Liu, S. Liu, J. Wang. Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2409618.
doi: 10.1002/adfm.202409618 |
| 51 |
L. L. Song, H. Y. Liang, S. Q. Li, B. Qiu, Z. P. Liu. Acta Phys. Chim. Sin. 2025, 41, 100085.
doi: 10.1016/j.actphy.2025.100085 |
| 52 |
G. Guzmán-González, M. Alvarez-Tirado, J. L. Olmedo-Martínez, M. L. Picchio, N. Casado, M. Forsyth, D. Mecerreyes. Adv. Energy Mater. 2022, 13, 2202974.
doi: 10.1002/aenm.202202974 |
| 53 |
X. T. Zhu, B. Cao, C. Yan, C. Tang, A. B. Chen, Q. Zhang. Acta Phys. Chim. Sin. 2025, 41, 100096.
doi: 10.1016/j.actphy.2025.100096 |
| 54 |
D. Z. Zhang, Y. Y. Ren, Y. Hu, L. Li, F. Yan. Chin. J. Polym. Sci. 2020, 38, 506.
doi: 10.1007/s10118-020-2390-1 |
| 55 |
W. L. Yu, Z. A. Yu, Y. Cui, Z. A. Bao. Acs Energy Lett. 2022, 7, 3270.
doi: 10.1021/acsenergylett.2c01587 |
| 56 |
W. Yu, K. Y. Lin, D. T. Boyle, M. T. Tang, Y. Cui, Y. Chen, Z. Yu, R. Xu, Y. Lin, G. Feng, et al.. Nat. Chem. 2025, 17, 246.
|
| 57 |
Q. S. Wu, Y. Qi. Energy Environ. Sci. 2025, 18, 3036.
doi: 10.1039/d5ee00206k |
| 58 |
K. Vishweswariah, N. G. Ningappa, M. D. Bouguern, M. R. A. Kumar, M. B. Armand, K. Zaghib. Adv. Energy Mater. 2025, 5, 2501883.
|
| 59 |
S. Y. Qin, Y. P. Cao, J. Y. Zhang, Y. X. Ren, C. Sun, S. N. Zhang, L. Y. Zhang, W. Hu, M. N. Yu, H. Yang. Carbon Energy 2023, 5, 316.
doi: 10.1002/cey2.316 |
| 60 |
B. R. Li, Y. Chao, M. C. Li, Y. B. Xiao, R. Li, K. Yang, X. C. Cui, G. Xu, L. Y. Li, C. K. Yang, Y. Yu, D. P. Wilkinson, J. J. Zhang. Electrochem. Energy R. 2023, 6, 165.
doi: 10.1007/s41918-022-00147-5 |
| 61 |
C. Y. Jin, Z. X. Wu, G. P. Li, Z. Luo, N. W. Li. Acta Phys. Chim. Sin. 2025, 41, 100094.
doi: 10.1016/j.actphy.2025.100094 |
| 62 |
L. Fang, W. Sun, W. S. Hou, Z. H. Wang, K. N. Sun. Electrochim. Acta 2022, 434, 141.
doi: 10.1016/j.electacta.2022.141316 |
| 63 |
J. Chen, L. Rong, X. Q. Liu, J. Y. Liu, X. Yang, X. L. Jiang. Polymer 2023, 269, 125759.
doi: 10.1016/j.polymer.2023.125759 |
| 64 |
C. S. An, T. Liu. Acta Phys. Chim. Sin. 2025, 41, 100101.
doi: 10.1016/j.actphy.2025.100101 |
| 65 |
H. Adenusi, G. A. Chass, S. Passerini, K. V. Tian, G. H. Chen. Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203307.
doi: 10.1002/aenm.202203307 |
| [1] | 彭日, 谢雨欣, 袁帅, 沈如伟, 朱敦如. 金属有机框架(2014–2024):追求卓越性能的十年[J]. 物理化学学报, 2026, 42(7): 100225 - . |
| [2] | 毛双双, 罗驹华, 韩冰洁, 时家欢, 谷俞稼. 共价有机框架衍生的Fe3C/NC/TiO2异质结构用于高性能电磁波吸收[J]. 物理化学学报, 2026, 42(7): 100290 - . |
| [3] | 李孟修, 毛佳辉, 倪江锋, 李亮. 一石三鸟:路易斯酸热诱导改性Li5FeO4[J]. 物理化学学报, 2026, 42(4): 100189 - . |
| [4] | 王荣荣, 李晨, 任祥, 张克良, 孙宇, 孙现众, 王凯, 张熊, 马衍伟. 锂离子电池中环保型富镍正极浆料系统的最新进展与挑战[J]. 物理化学学报, 2026, 42(4): 100222 - . |
| [5] | 祝鑫彤, 曹斌, 闫崇, 唐城, 陈爱兵, 张强. 锂离子电池石墨负极包覆研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(9): 100096 - . |
| [6] | 宋亮亮, 梁颢严, 李顺清, 邱报, 刘兆平. 超高比能电池高锰富锂层状氧化物正极材料面临的挑战与解决策略[J]. 物理化学学报, 2025, 41(8): 100085 - . |
| [7] | 杨雪琦, 赵俊涛, 叶家伟, 周德森, 狄廷敏, 张军. 调节NNU-55(Fe)的d带中心以增强CO2吸附和光催化活性[J]. 物理化学学报, 2025, 41(7): 100074 - . |
| [8] | 黄奥羽, 许君, 黄玉, 储圭, 王卯, 王黎丽, 孙永奇, 蒋臻, 朱晓波. 通过简单的浆料添加剂调整电极-电解液界面以实现稳定的高电压锂离子电池[J]. 物理化学学报, 2025, 41(4): 100037 - . |
| [9] | 王卓, 白雪, 张可新, 王鸿志, 董家宝, 高源, 赵斌. MOF模板法合成氮掺杂碳材料用于增强电化学钠离子储存和去除[J]. 物理化学学报, 2025, 41(3): 100026 - . |
| [10] | 林学宇, 王瑞琦, 董武杰, 黄富强. 高性能双金属氧化物负极的理性设计及储锂特性[J]. 物理化学学报, 2025, 41(3): 100021 - . |
| [11] | 黄辰悦, 郑鸿飞, 秦宁, 王灿沛, 王利光, 陆俊. 单晶高镍三元正极材料:挑战与策略[J]. 物理化学学报, 2024, 40(9): 2308051 - . |
| [12] | 张泽豪, 王政, 李海波. V2CFx MXene衍生2D V2O3@介孔碳纳米片的制备及其电容脱盐特性[J]. 物理化学学报, 2024, 40(8): 2308020 - . |
| [13] | 张景硕, 翟越, 赵子云, 何家兴, 魏伟, 肖菁, 吴士超, 杨全红. 锂离子电池硅基负极用功能粘结剂的研究进展[J]. 物理化学学报, 2024, 40(6): 2306006 - . |
| [14] | AhmedYameen, 封想想, 高远基, 丁洋, 龙操玉, HaiderMustafa, 李恒月, 李专, 黄誓成, SaidaminovMakhsud I., 阳军亮. 离子液体界面修饰的高效稳定FAPbI3钙钛矿太阳能电池[J]. 物理化学学报, 2024, 40(6): 2303057 - . |
| [15] | 邵碧珠, 董慧君, 龚云南, 梅剑华, 蔡锋石, 刘金彪, 钟地长, 鲁统部. 金属有机框架衍生镍纳米颗粒在宽电位窗口内高效电催化二氧化碳还原[J]. 物理化学学报, 2024, 40(4): 2305026 - . |
|
||