锂离子电池在电子设备、电动汽车及储能等领域具有广泛应用，但当前商用体系能量密度已接近300 Wh kg-1的理论极限，且液态电解液存在泄漏和燃烧风险。采用锂金属负极（3860 mAh g-1，−3.04 V）与富锂锰基氧化物（LRMO）正极（> 250 mAh g-1）的电池有望实现高能量密度，同时以固态电解质代替液态电解液可提升安全性。因此开发高能量密度高安全的固态Li–LRMO电池具有重大意义。

通过自由基原位聚合制备的准固态凝胶电解质（QSE）因其一体化设计和耐高电压的优势，成为匹配Li–LRMO电池最有前景的选择之一。然而，QSE的性能受聚合引发及固化过程影响，液态前驱体向准固态转化时的固化均匀性及电解质与电极的界面相容性，是决定电池性能的关键因素。目前，自由基原位聚合通常基于含C=C不饱和双键的单体，需在加热、紫外光照射等条件下引发。考虑到成本和规模化应用，高温（> 60 °C）热引发最为常用，但该方法存在暴聚、散热困难和易产气等问题。同时，高温会加剧电极与电解质的副反应，影响界面膜（SEI/CEI）的均匀与稳定，极大制约了固态锂电池能量密度和循环稳定性的进一步提升。

因此，开发室温自由基原位聚合路线具有重要意义。然而，室温下单体活性较低，引发剂产生的少量自由基不足以引发聚合，如何在提高单体活性的同时保持电极兼容性是一个严峻挑战和难点。根据文献调研，目前几乎没有室温自由基聚合电解质的报道，尤其是室温聚合机理的研究与Ah级软包电池的应用。基于此，该研究提出了一种具有普适性的碳碳双键（C=C）活化策略，通过引入有较高分子表面静电势（ESPmax）的活化剂，提高了一系列丙烯酸酯基单体中C=C键的局域软度。活化后的C=C键降低了聚合反应能垒，从而实现了电池内部的室温自由基原位聚合，制备出室温准固态凝胶电解质；匹配面容量超过10 mAh cm-2的9.53 Ah软包电池实现了656.6 Wh kg-1的超高能量密度。

图2. 室温原位聚合表征。（a）本研究室温聚合体系的机理示意图。（b）TPFPB及PETEA-TPFPB溶于DMSO-d6的11B NMR谱图。（c）链引发过程中的能垒计算。（d）FT-IR光谱。（e）前驱体溶液聚合前后的13C NMR谱图。

该研究系统探索了不同引发条件制备的电解质对锂金属负极的稳定性和界面副反应情况。RT-QSE具有更好的锂沉积/剥离可逆性（图3a）和更高的Li-Cu库伦效率（图3b）。使用原子力显微镜（AFM）（图3c-f）、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）（图3g-l）和X射线光电子能谱（XPS）（图3m-p）对负极/电解质之间的界面进行表征，RT-QSE在引发后、循环前已具有更优异的SEI。循环后，RT-QSE同样保持了更均匀、稳定的SEI。这可能是由于高温加剧了引发剂-CN基团与Li负极间的副反应造成。

图3. 负极侧界面分析。（a）Li||Li电池长循环性能。（b）Li||Cu电池库仑效率。AFM测试的DMT模量：引发后、循环前：（c）HT-QSE，（d）RT-QSE，循环后：（e）HT-QSE，（f）RT-QSE。引发后、循环前锂负极的TOF-SIMS三维断层扫描：（g）CH2CHO-，（h）LiF2-，（i）CN-。循环后锂负极的TOF-SIMS三维断层扫描：（j）CH2CHO-，（k）LiF2-，（l）CN-。锂负极的XPS F 1s谱图：引发后、循环前：（m）HT-QSE，（n）RT-QSE，循环后：（o）HT-QSE，（p）RT-QSE。

Room-temperature free-radical polymerized electrolyte design towards 650 Wh kg−1solid-state lithium batteries

Donglei Zhao, Kaiwen Shi, Shuang Wu, Xinyi Liu, Haoxiang Sun, Jinze Hou, Diantao Li, Siyuan Shao, Xingwei Sun, Lihong Zhang, Youxuan Ni, Zhenhua Yan, Yong Lu,Jun Chen*

DOI: 10.1016/j.esci.2026.100626

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667141726000972

来源：eScience 期刊