Experimental and molecular simulating study on promoting electrolyte-immersed mechanical properties of cellulose/lignin separator for lithium-ion battery

分离器(采油) 材料科学 纤维素 电解质 木质素 电化学 化学工程 极限抗拉强度 复合材料 有机化学 化学 电极 热力学 物理 工程类 物理化学
作者
Weigui Xie,Yanping Dang,Lin Wu,Wangyu Liu,Aimin Tang,Yuanqiang Luo
出处
期刊:Polymer Testing [Elsevier]
卷期号:90: 106773-106773 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.polymertesting.2020.106773
摘要

Abstract Lithium-ion batteries have been developing intensively and earn an unprecedented reputation, yet advanced performance and safety issue still require considerable investigation. Separator is vital to comprehensive properties of batteries, where the mechanical properties are key to breaking through of new-type separator. Unfortunately, electrolyte submersion has caused damage to strength of cellulose separator. Whereupon, in this work, cellulose separator is optimized by introducing lignin particles to promote electrolyte-immersed mechanical strength. Experiments are conducted concerning surface morphology, contact angle, porosity, electrolyte uptake, mechanical properties and electrochemical performance. Molecular simulation is implemented to explore the mechanism of tensile behavior of cellulose and lignin subjected to electrolyte solvents. Experimental results confirm positive effect of lignin addition in improving mechanical properties and simultaneously maintaining impressive electrochemical performance of the cellulose/lignin composites separators. Besides, lignin addition amount of 2.5% and 5% is recommended to achieve promising overall properties. Molecular simulation has successfully unveiled that weakening of cellulose separator submerged in electrolyte is resulted by the deformed cellulose amorphous region and the promoting effect of adding lignin is contributed from the new hydrogen bonds generated between cellulose and lignin molecules. Hopefully, this work provides novel insight on preparing remarkable separator and mechanism of materials behavior.
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