盖世汽车讯 传统锂离子电池的实际能量密度已接近其极限（约 300 Wh/kg），且其所用的液态电解质还存在泄漏和起火风险。锂（Li）金属负极具有 3860 mAh/g 的高理论比容量和低电位，而富锂锰基氧化物（LRMO）正极的比容量可超过 250 mAh/g，这使得基于锂金属负极和富锂锰基氧化物正极的固态电池极具吸引力。原位聚合准固态凝胶电解质（QSE）展现出了良好的应用前景，但这类电解质通常需要以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，并在 60 °C 以上的温度下进行热引发聚合。

这种工艺可能导致聚合反应瞬间发生，引发热量和气体积聚，造成固体电解质界面（SEI）和正极电解质界面（CEI）层分布不均，进而导致电极性能衰退。鉴于上述挑战，有必要开展进一步研究，开发出温和、均匀且与电极兼容的原位聚合技术，以构建高能量密度的固态电池。

据外媒报道，在发表于期刊《eScience》上的一项研究中，来自中国南开大学及天津海河可持续化学转化实验室的研究人员开发出一种用于QSEs的室温自由基聚合路径。该团队利用具有高ESPmax（分子表面静电势最大值）的活化剂来激活丙烯酸酯单体，从而实现了电池内部的均匀凝胶化。他们所构建的、采用高面容量正极的锂-富锂锰基氧化物（Li-LRMO）软包电池，其能量密度达到了656.6 Wh/kg。这一成果不仅为开发高能量密度的固态锂电池提供了切实可行的路径，还确立了一套针对活化剂与单体设计的通用准则。

该团队选用季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）作为丙烯酸酯单体，偶氮二异丁腈（AIBN）作为引发剂，并引入三(五氟苯基)硼烷（TPFPB）作为一种高ESPmax（最大静电势）活化剂。TPFPB通过与羰基（C=O）配位，使电子密度发生重分布，从而降低了碳-碳双键（C=C）上的电子密度，并提高了其“凝聚态局部软度”（condensed local softness）。硼-11核磁共振（11B NMR）测试显示化学位移从 -0.07 ppm 变为 0.66 ppm；密度泛函理论（DFT）计算表明，引发能垒从 0.46 eV 降低至 0.11 eV。

这一机制实现了在室温条件下，于反应瓶及纽扣电池内进行聚合反应。该RT-QSE构建出了均匀且富含氟化锂（LiF）的SEI和CEI层，在 0.5 mA cm⁻² 的电流密度和 1.0 mAh cm⁻² 的面容量下，支持了超过 1200 小时的稳定锂沉积/剥离循环。

原子力显微镜（AFM）测试结果显示，由RT-QSE形成的SEI具有更高的Derjaguin-Muller-Toporov（DMT）模量，优于高温准固态电解质（HT-QSE）所形成的SEI。RT-QSE能保持更稳定的富锂锰基氧化物（LRMO）晶格，且无空洞或空位；而HT-QSE则导致表面无序，界面层分布不均。采用RT-QSE的LRMO正极（面容量为4 mAh cm⁻²）在循环100次后，容量保持率为95.1%。超声扫描结果表明，该体系具有更好的电解液浸润性。基于此技术制备的9.53 Ah软包电池（正极面容量超过10 mAh cm⁻²），其能量密度达到656.6 Wh kg⁻¹，首次库仑效率（ICE）为94.4%。

研究人员指出，这一进展解决了自由基原位聚合法电解质中长期存在的矛盾：高温虽能加速凝胶化，却会损害界面；而室温条件虽温和，却往往难以有效引发聚合反应。他们表示：“通过采用高ESPmax（最大静电势）活化剂策略，可将原本反应迟缓的丙烯酸酯单体转化为高活性的配位化合物，从而实现厚电极内部的均匀凝胶化。”据介绍，该设计方案并不局限于特定的单体或活化剂，为准固态锂-富锂锰基氧化物（Li-LRMO）软包电池的规模化生产提供了一条切实可行的途径。此外，该方法还有助于提升固态电池制造过程的均匀性和兼容性。

RT-QSE平台有望加速固态锂电池在电动汽车、低空飞行器及电网储能等领域的实际应用，在这些应用场景中，安全性和能量密度至关重要。该方案基于丙烯酸酯化学体系，并可通过活化剂ESPmax进行调节，因此非常适合可规模化生产的软包电池制造工艺。研究人员指出，厚型富锂锰基（LRMO）正极材料在低温下的性能仍有待提升，这需要通过正极改性和增塑剂工程来加以改善。若能解决这些问题，该策略将有助于推动固态电池从实验室阶段的扣式电池和安时（Ah）级软包电池，向具备更均匀界面、更长循环寿命的实用型电池迈进。此外，该研究还为选择活化剂和单体提供了一套通用的设计准则。