Carboxymethylated nanocellulose-based gel polymer electrolyte with a high lithium ion transfer number for flexible lithium-ion batteries application

纳米纤维素 电解质 材料科学 化学工程 热稳定性 法拉第效率 锂(药物) 电化学 离子电导率 聚合物 电极 复合材料 化学 纤维素 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Jianlin Wang,Chunyu Wang,Wei Wang,Wei Li,Jincheng Lou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:428: 132604-132604 被引量:78
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132604
摘要

Environmental-friendly nanocellulose films with excellent mechanical strength have attracted extensive attention in the gel polymer electrolytes (GPEs) for lithium-ion batteries. However, their dense structure causes poor electrolyte uptake capacity. In this research, carboxymethylated nanocellulose (CMNC) with a strong swelling behavior and anionic character was chosen as raw materials to not only improve the electrolyte absorption ability and lithium ion transfer number of the resulting GPEs but also avoid short circuits by their dense morphology. Further crosslinking by epichlorohydrin and solvent casting, CCMNC films were obtained, which exhibited excellent mechanical strength (36.46 to 67.45 MPa), thermal stability (up to 250 °C) and flexibility. After electrolyte uptaking, the optimal GCCMNC GPE at an ECH content of 5 wt% displayed an electrolyte uptake ratio, ionic conductivity, lithium ion transfer number, and electrochemical stability window of 312 wt%, 3.93 mS cm−1, 0.82, and 4.65 V, respectively. Particularly, the initial discharge capacity of our assembled Li/GCCMNC-5/NCM523 battery was 151.4 mAh g−1. After 50 cycling, the cell still maintained a capacity of 74 % and a coulombic efficiency of 98 %. The good mechanical strength, thermal stability and electrochemical properties of our designed GCCMNC GPE indicated its promising application in the lithium-ion batteries.
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