廣東工業(yè)大學(xué)霍延平教授課題組就近年來原位聚合制備固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其在鋰金屬電池中的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。系統(tǒng)總結(jié)了不同聚合物單體、引發(fā)劑和鋰鹽在通過原位聚合法制備固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及原位聚合固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)在鋰金屬電池應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)，并展望了原位聚合固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)在鋰金屬電池中的發(fā)展方向和應(yīng)用前景。
鋰金屬電池（LMBs）由于采用金屬鋰（3860 mAh g-1）作為負(fù)極，可以進(jìn)一步提升能量密度，在新一代鋰離子電池體系中的地位日益突出。但如何解決液態(tài)電解質(zhì)存在的泄漏、易燃易爆及鋰枝晶生長造成的安全隱患問題，成為了困擾研究人員焦點(diǎn)的問題。引入固態(tài)電解質(zhì)如聚合物電解質(zhì)可以改善此類問題，促進(jìn)鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。聚合物電解質(zhì)不僅具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，可以有效抑制樹枝晶的生長，還具備良好的界面兼容性，有助于提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性與安全性。然而，傳統(tǒng)聚合物制備方法，如溶液澆鑄法制備過程復(fù)雜，且往往存在溶劑蒸發(fā)帶來的安全和環(huán)境的問題。此外，傳統(tǒng)方法制備的聚合物電解質(zhì)很難填補(bǔ)電極的空隙來實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)和電極之間的良好接觸，降低了活性材料利用率和能量密度。近年來，通過原位聚合的方法來制備固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（in-situ polymerized solid/quasi-solid polymer electrolytes）作為一種新興技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。原位聚合方法通過將單體、引發(fā)劑和鋰鹽等前體溶液直接引入電池組裝過程中，在電池工作環(huán)境下通過外部能源（如熱、光、電離輻射等）激發(fā)聚合反應(yīng)，使電解質(zhì)在電極表面形成固態(tài)聚合物膜。這一過程不僅簡化了電解質(zhì)的制備步驟，還能有效提高電解質(zhì)與電極之間的界面接觸質(zhì)量，從而提升電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和電池的電化學(xué)性能。 基于此，廣東工業(yè)大學(xué)霍延平教授課題組全面綜述了原位聚合法在制備固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)的最新研究進(jìn)展。重點(diǎn)介紹了原位聚合物固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的合成技術(shù)。分別從自由基引發(fā)聚合、離子開環(huán)聚合和無引發(fā)劑聚合三個(gè)方面總結(jié)了原位聚合聚合物電解質(zhì)在鋰金屬電池中的研究進(jìn)展，闡明了原位聚合技術(shù)在高性能、高安全鋰金屬電池設(shè)計(jì)和開發(fā)中的重要性。最后，總結(jié)了原位聚合法制備固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)的挑戰(zhàn)，提出了原位聚合電解質(zhì)體系的設(shè)計(jì)、聚合策略的創(chuàng)新和聚合機(jī)理的解析的研究方向。隨著對原位聚合機(jī)理及離子傳輸機(jī)制的進(jìn)一步研究和表征技術(shù)的進(jìn)步，可以促進(jìn)原位聚合固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)在高能量密度固態(tài)鋰金屬電池中的實(shí)際應(yīng)用。 論文信息 In-Situ Polymerized Solid/Quasi-Solid Polymer Electrolyte for Lithium-Metal Batteries: Recent Progress and Perspectives Hangyu Zhang, Xijun Xu, Weizhen Fan, Jingwei Zhao, Yanping Huo Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202402798
