Bacterial Cellulose Composite Solid Polymer Electrolyte With High Tensile Strength and Lithium Dendrite Inhibition for Long Life Battery

材料科学 极限抗拉强度 电化学窗口 复合数 电解质 电池(电) 聚合物 复合材料 阳极 离子电导率 锂电池 化学工程 化学 离子 有机化学 电极 离子键合 物理化学 工程类 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Yuhan Li,Zongjie Sun,Dongyu Liu,Shiyao Lu,Fei Li,Guoxin Gao,Min Zhu,Mingtao Li,Yanfeng Zhang,Huaitian Bu,Zhiyu Jia,Shujiang Ding
出处
期刊:Energy & environmental materials 卷期号:4 (3): 434-443 被引量:88
标识
DOI:10.1002/eem2.12122
摘要

The development of metallic lithium anode is restrained by lithium dendrite growth during cycling. The solid polymer electrolyte with high mechanical strength and lithium ion conductivity could be applied to inhibit lithium dendrite growth. To prepare the high‐performance solid polymer electrolyte, the environment‐friendly and cheap bacterial cellulose (BC) is used as filler incorporating with PEO‐based electrolyte owing to good mechanical properties and Li salts compatibility. PEO/LiTFSI/BC composite solid polymer electrolytes (CSPE) are prepared easily by aqueous mixing in water. The lithium ion transference number of PEO/LiTFSI/BC CSPE is 0.57, which is higher than PEO/LiTFSI solid polymer electrolyte (SPE) (0.409). The PEO/LiTFSI/BC CSPE exhibits larger tensile strength (4.43 MPa) than PEO/LiTFSI SPE (1.34 MPa). The electrochemical window of composite electrolyte is widened 1.43 V by adding BC. Density functional theory calculations indicate that flex of PEO chains around Li atoms is suppressed, suggesting the enhanced lithium ion conductivity. Frontier molecular orbitals results suggest that an unfavorable intermolecular charge transfer lead to achieve higher potential for BC composite electrolyte. All solid‐state Li metal battery with PEO/LiTFSI/BC CSPE delivers longer cycle life for 600 cycles than PEO/LiTFSI SPE battery (50 cycles). Li symmetrical battery using PEO/LiTFSI/BC CSPE could be stable for 1160 h.
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