Cellulose nanofiber separator for suppressing shuttle effect and Li dendrite formation in lithium-sulfur batteries

分离器(采油) 纳米纤维 材料科学 电解质 化学工程 纤维素 多孔性 电化学 纳米技术 化学 复合材料 电极 热力学 物理 工程类 物理化学
作者
Jingxue Li,Liqin Dai,Zhefan Wang,Hao Wang,Lijing Xie,Jingpeng Chen,Chong Yan,Hong Yuan,Hongliang Wang,Cheng‐Meng Chen
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:67: 736-744 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2021.11.017
摘要

Lithium-sulfur battery (LSB) has high energy density but is limited by the polysulfides shuttle and dendrite growth during cycling. Herein, a free-standing cellulose nanofiber (CNF) separator is designed and fabricated in isopropanol/water suspension through vacuum filtration progress. CNFs with abundant polar oxygen-containing functional groups can chemically immobilize the polysulfides, and suppress the formation of the dendrites by controlling the surface morphology of the SEI on lithium metal in LSB. The isopropanol content in a suspension can fine-tune the pore structure of the membrane to achieve optimal electrochemical performance. The prepared separator displays integrated advantages of an ultrathin thickness (19 μm), lightweight (0.87 mg cm−2), extremely high porosity (98.05%), and decent electrolyte affinity. As a result, the discharge capacity of the LSB with CNF separator at the first and 100th cycle is 1.4 and 1.3 times that of PP separator, respectively. Our research provides an environmental-friendly and facile strategy for the preparation of multifunctional separators for LSBs.
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