纳米纤维素用于制备锂电池柔性电解质隔膜

LIB 的隔膜位于阳极和阴极之间。它可以防止阳极和阴极因接触而短路。电解质作为电解质储层，在充电/放电过程中形成锂离子运输通道。由于纳米纤维素基纸/膜材料具有优异的机械和热性能以及良好的亲水性，它们已被用于锂电池中，通过影响电池动力学来提高功率密度、能量密度、安全性和循环寿命。最近，Sun等人通过原位合成将 ZIF8 引入 CNF 系统，以改善复合分离器的孔隙结构。ZIF8 的引入防止了 CNF 的聚集，使孔隙分布更加均匀。ZIF8-CNF 复合分离器不仅具有环保型 CNF 的优点，还表现出卓越的热稳定性（热稳定性高达 200 °C）。这些复合隔膜具有较快的润湿速度和较好的表面润湿性，可降低电池内部电阻和电解液填充时间。使用 ZIF8-CNF 复合隔膜组装的 LIB 显示出更好的速率容量、循环性能和放电容量保持率。Huang 等人为 LIB 的隔膜制备了 TOBC 膜。TOBC 膜具有足够的孔隙率以及与液态电解质和锂电极的理想亲和性，因而具有优异的电解质吸收能力。主要集中于开发具有良好电解质润湿性的安全分离器。然而，很少有研究关注化学功能化纤维素分离器，而这种分离器也可能提高锂电池的性能。Wang 等人制作了一种柔性氧化还原活性双层纳米纤维素基分离器，其中包括氧化还原活性含 PPy 的支撑层和介孔绝缘 CNF 层。含 PPy 的层为 LIB 增加了额外容量，并为 CNF 层提供了机械支撑。氧化还原活性分离器具有很高的柔韧性，在这些锂电池的运行过程中没有发现内部短路现象。与液态电解质相比，灵活的胶体固态电解质能为锂离子电池提供更大的便携性和安全性。为了实现这一目标，研究人员将纳米纤维素作为一种候选电解质进行了研究凝胶或固态电解质的基本成分。

Xu 等人制备了具有高强度的内交联 BC 网络作为凝胶聚合物电解质。通过 BC 链上的糖苷键、醚基和羟基形成锂离子通道并捕获有机溶剂，从而产生高离子电导率。BC 纳米纤维抑制了锂枝晶的垂直生长。使用凝胶聚合物电解质组装的电池具有良好的速率和循环性能。Du 等人制备了一种环境友好且机械强度高的纤维素凝胶膜，用于 LIB 的电解质。含有 5% 环氧氯丙烷的纤维素膜不仅具有宽电化学稳定性窗口、Li+ 转移数（0.82）、高离子电导率（6.34 × 103 mS cm-1）以及与电极更好的界面相容性，还具有良好的热稳定性和机械强度。Dong 等人为 4.45 V 级 LiCoO2 锂金属电池制备了一种 BC 支持的聚甲基乙烯基醚-盐-马来酸酐（P(MVE-MA)）多功能聚合物电解质（图 15d,e）。如图 15f 所示，所得聚合物电解质的拉伸强度达到 50 兆帕，这归功于 P(MVE-MA) 和 BC 之间的氢键作用。即使在 60 °C，使用聚合物电解质制造的钴酸锂金属电池也表现出很高的容量保持率（700 次循环后，容量保持率为 85%）。

总之，要提高锂电池的电化学性能，纳米纤维素基隔膜/电解质应具有高孔隙结构，以促进电化学反应中的离子迁移率。为了提高纳米纤维素基电解质的机械柔韧性，人们引入了交联网络。例如，具有可逆键和强共价键（如动态硼酸酯键、离子键和 H 键）的双交联水凝胶可支持具有良好弹性和机械强度的纳米纤维素聚合物复合材料。要实现多功能特性，如抗极端环境和自愈特性，还需要研究外部刺激和成分间分子相互作用的相关性。