纤维素基交联固态与凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的性能评估与优化

本文创新性地采用纤维素作为天然聚合物基质，通过柠檬酸（CA）和聚乙烯醇（PVA）交联制备固态（SPE）和凝胶（GPE）聚合物电解质。研究表明，1% CA交联的GPE展现出优异性能：室温离子电导率达5.58×10?4 S cm?1、锂离子迁移数0.65、LiCoO2/GPE-Ce-CA1/石墨体系在0.2C下实现212.41 mAh g?1比容量，为绿色高性能锂电（LIB）开发提供新思路。

　　

Highlight

本研究探索了天然聚合物纤维素作为锂电（LIB）电解质基质的潜力，重点考察了交联剂类型（短链柠檬酸CA vs 长链聚乙烯醇PVA）和电解质形态（固态SPE vs 凝胶GPE）对性能的影响。

Preparation of cellulose

将Whatman滤纸碎片经乙醇洗涤后，用10wt% NaOH溶液处理72小时以破坏纤维素氢键网络，充分暴露有序区域。中和洗涤后真空干燥，获得活化纤维素原料。

Results and discussion

如Scheme 1所示，通过PVA和CA交联纤维素制备SPE/GPE薄膜。CA交联的GPE-Ce-CA₁表现尤为亮眼：其独特的3D网络结构形成更多锂离子传输通道，使离子电导率突破5.58×10^?4 S cm^?1，较传统PEO基电解质提升两个数量级。石墨负极体系在100次循环后仍保持92%容量，且无枝晶生长。

Conclusion

纤维素凭借丰富的极性基团和可交联特性，成功构建了兼具高离子电导率（10^?4 S cm^?1级）和环境友好性的电解质体系。CA交联的凝胶态电解质展现出"三高"特性——高迁移数（0.65）、高循环稳定性、高比容量，为下一代绿色储能器件开发提供了新范式。