研究人员开发出用于QSEs的室温自由基聚合路径可实现高能量密度固态电池

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，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。