Tailoring Intermolecular Chemistry and Interphases via F, N‐Functionalized Polymer Matrix in High‐Flash‐Point Ether‐Ester Hybrid Electrolytes for Intrinsically Safe Quasi‐Solid‐State Li Metal Batteries

聚合物 丙烯酸酯 化学工程 电解质 共聚物 电化学 锂(药物) 甲基丙烯酸酯 材料科学 离子电导率 高分子化学 电化学窗口 溶剂 溶剂化 金属 离子键合 电导率 聚合 氢键 化学 分子间力 乙二醇 乙醚 丙烯酸酯聚合物 基质(化学分析) 混合材料 碳酸乙烯酯 丙烯酸甲酯 堆积 丙烯酸乙酯 原位 金属有机骨架 离子液体 聚电解质 自愈水凝胶 水溶液 聚合物电解质
作者
Huizi Zhang,Zhiwei Ni,Yuan Li,Suyun Liu,Junjie Liu,Chen Yang,熊升林,Baojuan Xi,Jinkui Feng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.1984422
摘要

ABSTRACT In situ polymerized quasi‐solid‐state electrolytes (QSEs) are promising for lithium metal batteries (LMBs) yet face challenges regarding high‐voltage stability and kinetics. Herein, a novel ether‐ester hybrid QSE is achieved through the in situ copolymerization of 2,2,2‐trifluoroethyl acrylate (TFEA) and 2‐isocyanatoethyl methacrylate (IEM) within a tetraethylene glycol dimethyl ether (G4)/fluoroethylene carbonate (FEC) solvent system. This design leverages synergistic interactions between the functionalized polymer matrix (─CF 3 and ─N═C═O) and liquid components. The incorporation of FEC and the regulatory effect of the polymer backbone tailor the Li + solvation structure toward an anion‐rich configuration, which gives rise to a robust, antioxidative, and inorganic‐rich interphase. Furthermore, hydrogen bonding interactions effectively immobilize PF 6 − anions and free G4 molecules, thereby elevating the Li + transference number and enabling the electrochemical stability window over 4.8 V (vs. Li + /Li). The QSE exhibited a high room‐temperature ionic conductivity of 2.2 × 10 −3 S cm −1 . Consequently, 4.2 V Li|| LiFePO 4 (LFP) cells demonstrate 93% capacity retention over 1,000 cycles, while 4.5 V Li||NCM811 (NCM811) cells retain 80% over 300 cycles. A specific energy of 302.64 Wh kg −1 is attained in a 2 Ah Li||NCM811 pouch‐type cell. These findings highlight tailored molecular design and controlled interactions as a viable route for advancing high‐energy‐density quasi‐solid‐state batteries.
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