Atomic and Molecular Structure Regulated In Situ Cross-Linked Polyurethane Gel Electrolyte for High-Performance Lithium Metal Batteries

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作者
Jialun Ni,Yong Zeng,De Ning,Xuan He,Xiaokang Ju,Xueling Liu,Rui Gao,Yingchun Xu,Ruijie Du,Dong Zhou,Jun Wang,Yongli Li
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (1)
标识
DOI:10.1007/s40820-026-02307-4
摘要

Abstract The incompatibility of conventional electrolytes with high-voltage cathodes and lithium metal anodes limits the performance of lithium metal batteries (LMBs). Here, an in situ cross-linked polyurethane gel electrolyte (G-P3 AR) is designed through atomic and molecular structure regulation. The polyester segments widen the highest occupied molecular orbital–lowest unoccupied molecular orbital gap, extending the electrochemical stability window to 4.97 V for compatibility with NCM811 cathodes. Polyether segments exhibit a lower Li + binding energy, reducing the desolvation barrier and enhancing anode stability. At the atomic level, sp 2 -hybridized boron in the chain extender immobilizes anions (TFSI − and DFOB − ) through Lewis acid–base interactions, raising the Li + transference number to 0.78 and enabling exceptional rate capability (157.7 mAh g −1 at 2 C in the Li||NCM811 cell). Hydrogen bonding between the polymer and solvent restructures the solvation sheath, promoting inorganic-rich interphases. The Li|G-P3 AR|NCM811 cell retains 81.7% capacity after 500 cycles at 0.5 C charge/1 C discharge, demonstrating a rational electrolyte design strategy for high-performance LMBs.
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