Smart gel polymer electrolytes enlightening high safety and long life sodium ion batteries

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作者
Li Du,Gaojie Xu,Chenghao Sun,Yuhan Zhang,Huanrui Zhang,Tiantian Dong,Lang Huang,Jun Ma,Fu Sun,Chuanchuan Li,Xiangchun Zhuang,Shenghang Zhang,Jiedong Li,Bin Xie,Jinzhi Wang,Jingwen Zhao,Jiangwei Ju,Zhiwei Hu,Fan-Hsiu Chang,Chang‐Yang Kuo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-025-57964-7
摘要

The overall performance of sodium-ion batteries, particularly regarding safety and cycle life, remains below expectations due to severe degradation of electrode materials and the electrode/electrolyte interphase. Herein, we develop a smart gel polymer electrolyte for hard carbon||NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 batteries through the in situ radical polymerization of a cyanoethylurea-containing methacrylate monomer and an isocyanate-based methacrylate monomer in conventional NaPF6-carbonate-based electrolytes. We demonstrate that the smart gel polymer electrolyte facilitates the formation of robust electrode/electrolyte interphase layers, thus improving the thermal and chem-electrochemical stability of the electrodes. When the temperature exceeds 120 °C, the in situ formed gel polymer electrolyte undergoes further crosslinking through nucleophilic addition reactions between urea and isocyanate motifs. This additional crosslinking blocks ion transportation and inhibits crosstalk effects, thus boosting the safety of pouch-type hard carbon||NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 batteries. Moreover, the smart gel polymer electrolyte enables hard carbon||NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 full cells to achieve improved cycle life even at the elevated temperature of 50 °C. The design philosophy behind the development of in situ formed smart gel polymer electrolytes offers valuable guidance for creating high-safety, long-life, and sustainable sodium-ion batteries. Sodium-ion batteries face challenges due to electrode degradation and interphase instability. Here, authors develop a smart gel polymer electrolyte for hard carbon||NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 batteries via in situ polymerization of specific monomers in conventional electrolytes.
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