综述：绿色环保光聚合技术应用于可充电电池固态/准固态聚合物电解质：近期进展与展望

《Small》：Green and Environmentally Friendly Photopolymerization Technology to Solid/Quasi-Solid Polymer Electrolytes for Rechargeable Batteries: Recent Progress and Prospects

本综述系统介绍了光聚合技术这一绿色高效方法在固态/准固态聚合物电解质（SPE）制备中的应用进展。文章重点阐述了通过优化光源、单体设计、光引发剂和填料调控，显著改善光聚合SPE的离子电导率、机械强度及界面稳定性，并探讨了其在锂金属电池（Li metal batteries）、钠金属电池（Na metal batteries）和锌离子电池（Zn2+ batteries）等储能设备中的原位聚合（in situ polymerization）策略与规模化应用前景，同时指出离子传输机制不明和长期循环稳定性不足等挑战。

　　

Abstract

固态电池因其高安全性和高能量密度优势备受关注，被视为下一代储能技术的重要候选者。在各类固态电解质中，固态聚合物电解质（SPE）凭借良好的界面接触性和优异的加工性能，有望推动固态电池的大规模应用。光聚合技术以其快速、可控和低能耗的优势，为SPE的制备提供了新途径。本文系统综述了光聚合技术在SPE中的研究进展，涵盖其制备方法、结构设计、性能优化策略及其在锂金属电池、钠金属电池和锌离子电池等储能设备中的应用。通过优化光源选择、单体设计、引入光引发剂和功能填料，光聚合SPE的离子电导率、机械强度和界面稳定性显著提升。此外，原位聚合策略有效降低了界面阻抗，促进了规模化生产。然而，光聚合SPE仍面临离子传输机制不明确、长期循环稳定性不足等挑战。未来研究需深入探索材料结构与性能间的构效关系，开发新型功能性单体，并优化制备工艺以推动其实际应用。

光聚合技术简介

光聚合是一种在光照条件下通过光引发剂（photoinitiator）产生活性种，促使单体或低聚物发生链式反应形成聚合物的过程。该过程具有能耗低、反应速率快、时空可控性强等优点，尤其适用于对热敏感或需精密图案化的材料体系。在固态电池领域，光聚合技术被广泛应用于固态/准固态聚合物电解质（SPE）的制备，为实现高安全性、高能量密度储能设备提供了绿色高效的解决方案。

光聚合SPE的制备与结构设计

光聚合SPE的制备通常涉及紫外光（UV）或可见光引发下的交联反应。关键材料包括聚合物基质（如聚环氧乙烷PEO、聚碳酸酯等）、离子导体单体（如聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA）、锂盐（如双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI）以及光引发剂（如2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮）。通过分子设计引入柔性链段或功能基团（如醚键、酯基）可增强链段运动能力，促进离子迁移。此外，添加无机填料（如SiO₂、Al₂O₃纳米颗粒）或有机框架材料可形成复合电解质，通过路易斯酸碱性相互作用抑制聚合物结晶，构建连续离子传输通道，显著提高离子电导率（可达10^?4–10^?3 S/cm量级）。

性能优化策略

为提升光聚合SPE的综合性能，研究者提出了多种优化策略：

1. 1.
   光源与引发体系调控：采用长波长光源（如蓝光）减少对电池材料的损伤，并开发双光子引发体系实现三维结构精确构建。
2. 2.
   单体分子工程：设计含支化结构或自愈合基团的单体，增强电解质的机械强度与界面相容性。
3. 3.
   界面修饰：通过原位聚合在电极表面形成稳固的固体电解质界面（SEI）层，抑制枝晶生长，降低界面阻抗。
4. 4.
   多孔骨架复合：将光聚合单体渗透至多孔基材（如静电纺丝纤维膜）中，形成刚性-柔性耦合结构，平衡离子电导率与力学性能。

在储能设备中的应用

光聚合SPE在锂金属电池中表现突出，其原位聚合技术可完美贴合电极不规则表面，有效抑制锂枝晶，提升库伦效率与循环寿命。在钠金属电池中，基于PEGDA的光聚合电解质展示了良好的钠离子迁移数（>0.8）和宽电化学窗口（>4.5 V）。对于锌离子电池，光聚合水凝胶电解质通过调控锌离子溶剂化结构，实现了无枝晶锌沉积/剥离，延长了循环稳定性。

挑战与展望

尽管光聚合SPE取得显著进展，仍存在以下挑战：离子传输机制尚不明确，特别是多相界面处的离子迁移路径与动力学需深入探索；长期循环过程中界面副反应与体积变化导致容量衰减；大规模制备的工艺一致性有待提升。未来研究应聚焦于开发新型光响应功能单体（如具有自修复特性的单体），结合理论模拟与原位表征技术揭示离子传输机制，并推动光聚合SPE在柔性电池、微型器件等创新能源系统中的实用化进程。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。