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

材料科学 电解质 化学工程 锂(药物) 聚合 化学 工作(物理) 冶金 电极 阴极
作者
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
出处
期刊:eScience [Elsevier BV]
卷期号:: 100626-100626
标识
DOI:10.1016/j.esci.2026.100626
摘要

The quasi-solid-state gel electrolytes (QSEs) fabricated through free-radical in situ polymerization show great promise for energy-dense solid-state lithium batteries, paving the way for next-generation electric vehicles and the low-altitude economy. However, the high-voltage-resistant QSEs were obtained under strict conditions within batteries, causing highly non-uniform electrolyte and poor compatibility with electrodes. Here we propose a universal C=C bond activation strategy by introducing activators with high maximum molecular surface electrostatic potential (ESP max ) to improve the condensed local softness of C=C bonds in a series of acrylate-based monomers. The activated C=C bonds result in decreased polymerization reaction energy barrier, and thus realize room-temperature free-radical polymerized QSE (RT-QSE). The RT-QSE effectively suppresses harmful interfacial reactions, maintains electrode structure stability and improves electrolyte uniformity, enabling high-areal-capacity cathodes. As a result, the 4 mAh cm −2 cathode remains 95.1% capacity after 100 cycles. Moreover, the 9.53 Ah pouch battery with an areal capacity cathode >10 mAh cm −2 shows a record high energy density of 656.6 Wh kg –1 . This work establishes a general design criterion for selecting activators and monomers to achieve uniform and compatible RT-QSEs for energy-dense solid-state lithium batteries.
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