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木材基凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究

- ORCID：
陈卓玲 ^1,2
- ORCID：
徐涌林 ^1,2
- ORCID：
李泽荣 ^1,2
- ORCID：
李政蒿 ^1,2
- ORCID：
黄巧玲 ^1,2
- ORCID：
李薇 ^1,2
✉

1. 广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁，530004； 2. 广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室，广西南宁，530004

中图分类号： TS72

最近更新：2024-05-31

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2023.05.011

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摘要

本研究以轻木为原料，经碱处理、漂白、乙酰化、热压和浸渍电解液制备出一种新型木材基凝胶聚合物电解质（GPE）。结果表明，热压改性木片的结晶度为54.7%，机械强度为2.16 MPa，热稳定性高达300 ℃。经电解液润胀后，热压改性木片的孔隙率和吸液率分别为74.6%和719.0%，与热压前性能一致。同时，木材基GPE展现出优异的离子电导率（3.68 mS/cm）和电化学稳定窗口（5.0 V）。组装的Li/GPE/LiFePO₄锂离子电池在0.5 C下循环100圈后的容量由150.9 mAh/g仅衰减至146.1 mAh/g。但由于木材基GPE的孔径大，组装的锂离子电池的库伦效率仅为91%。

关键词

轻木; 凝胶聚合物电解质; 锂离子电池; 电化学性能

随着“双碳”目标的确定，我国对新型绿色能源存储设备的需求不断增长。锂离子电池由于能量密度大、使用寿命长、充放电效率高等特点成为了最具发展前景的储能设备^[

1-3]。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，具有阻隔正负极防止电池短路和提供离子传输通道的功能^{[参考文献 4

百度学术}4]。因此，电池隔膜的物化性质直接决定了电池的安全性、能量密度及循环寿命^{[参考文献 5-6}5-6]。然而，目前商业化的聚烯烃隔膜高温下易收缩，进而引发电池短路、爆炸甚至火灾，给使用者带来巨大的安全隐患^{[参考文献 7-9}7-9]。固态聚合物电解质虽然具有优异的安全性能，但由于离子电导率低和界面相容性差等问题，无法满足实际应用的需求。为了解决以上问题，研究者们利用聚合物网络结构将电解液束缚，制成凝胶聚合物电解质（gel polymer electrolyte，GPE），使其兼具固态电解质良好的安全性能和液态电解质优异的电化学性能^{[参考文献 10

百度学术}10]。

常用GPE的基体材料主要包括聚环氧乙烷（PEO）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚丙烯腈（PAN）和聚偏氟乙烯（PVDF）等有机聚合物^[

11]。然而，这类化石燃料聚合物通常生产成本高、机械强度低、热稳定性差，甚至有毒，严重影响电池的综合性能^{[参考文献 12-14}12-14]。因此，开发一种价格低廉、绿色环保且性能优异的GPE尤为重要。近几年基于纤维素的GPE引起了人们的广泛关注^{[参考文献 15-17}15-17]。纤维素是由β-D-吡喃葡萄糖单元通过1,4-β 糖苷键连接而成的线型高分子，是自然界中储量最丰富的天然高分子，具有可再生、可降解、绿色环保等优势^{[参考文献 18

百度学术}18]。纤维素分子结构中大量的活性羟基可提供很好的电解液亲和性^{[参考文献 17

百度学术}17]，同时纤维素较高的结晶度、分子内及分子间的氢键赋予其良好的热稳定性和机械强度^{[参考文献 19-20}19-20]。因此，纤维素基GPE的开发已成为锂离子电池用聚合物电解质的研究热点。

Zhang等人^[

15]通过紫外光聚合将聚乙二醇接枝到纤维素骨架上制备了机械性能优异的纤维素基GPE。但由于该GPE前驱膜结构较致密，其吸液率只有93.1%，严重影响其电化学性能。Song等人^{[参考文献 16

百度学术}16]采用天然马铃薯淀粉与木质纤维复合制备了一种木质纤维素基GPE。该GPE表现出良好的机械强度（6 MPa），显著高于常见的其他高聚物GPE（30 kPa~5 MPa）^{[参考文献 21-23}21-23]。但淀粉对复合膜的多孔结构有一定的堵塞，导致其吸液率仅为194%。为了提高纤维素基GPE的电解液吸收能力，Wang等人^{[参考文献 24

百度学术}24] 将纳米纤维素进行乙酰化处理，由于该GPE中酯基基团与电解液碳酸酯溶剂具有良好的亲和性，其吸液率高达301%。此外，纤维素羟基被取代后，可减少纤维素与锂金属的反应，组装的锂金属电池在0.2 C下循环100圈后的容量保持率为88.8%。研究人员发现，具有定向孔隙结构的GPE能够提高其与电极的界面稳定性并加快锂离子在GPE中的迁移速率，减弱极化效应以消除界面副反应、延缓锂枝晶生长，从而有利于锂离子电池电化学性能的提高^{[参考文献 25-26}25-26]。

据此，本研究以轻木为原料，利用其天然的定向孔隙结构，经碱处理、漂白、乙酰化、热压及电解液活化制备出一种新型凝胶聚合物电解质（GPE）。通过对木材基GPE的化学结构、表面形貌、机械强度、热稳定性、吸液性能及电化学性能进行表征，探究了化学预处理及热压对木材基GPE结构与性能的影响。

1 实验

1.1　实验原料及试剂

轻木（35 mm（长）×50 mm（宽）×970 mm（高）），北京海贝思科技有限公司；无水乙醇、氢氧化钠，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；无水亚硫酸钠，分析纯，天津市北辰方正试剂厂；过氧化氢（H₂O₂，分析纯）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF，色谱纯）、吡啶（分析纯），天津市致远化学试剂厂；乙酰氯，分析纯，上海麦克林生化科技股份有限公司；扣式电池壳（CR2032）、金属弹片、垫片、LiFePO₄粉、炭黑和锂金属负极片（直径15.6 mm，厚度0.45 mm），广东科路得新能源科技有限公司；LiPF₆电解液（1 mol/L，溶剂：碳酸乙烯酯∶碳酸二甲酯∶碳酸二乙酯=1∶1∶1，体积比），兴化市贝诺特电池材料有限公司。

1.2　木材基凝胶聚合物电解质的制备

将轻木切成薄片（以下简称木片，厚度0.5 mm）加入到NaOH（2.5 mol/L）和Na₂SO₃（0.4 mol/L）的混合溶液中，在40 ℃真空箱内进行碱处理3 h，反应结束后使用去离子水充分清洗。将碱处理后的木片置于沸腾的H₂O₂溶液（质量分数30%）中漂白处理，直至木片变白。取出后充分清洗，将干燥后的漂白木片（绝干1 g）浸入DMF（50 mL）中，随后加入吡啶（10.17 mL）和乙酰氯（2.98 mL），在100 ℃下反应1 h。反应完成后，分别使用DMF和乙醇充分清洗样品，得到改性轻木木片（以下简称改性木片）。将得到的改性木片使用平板硫化机（100 ℃，5 MPa）热压6 h得到热压改性轻木木片（以下称热压改性木片）。将热压改性木片在80 ℃的真空干燥箱中干燥16 h后立即转移到充满氩气的手套箱中。将热压改性木片浸渍LiPF₆电解液，充分吸收电解液后得到木材基GPE。采用木片和改性木片制备GPE作为参比样。

1.3　分析检测

1.3.1　红外光谱测试

将样品在105 ℃下干燥后，采用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR，Tensor Ⅱ，德国BRUKER）表征样品的化学结构。

1.3.2　X射线衍射光谱检测

采用X射线衍射仪（XRD，MINFLEX600，日本Rigaku）表征样品的晶体结构。测试过程中管电压为40 kV，管电流为15 mA。

1.3.3　表面形貌表征

采用扫描电子显微镜（SEM，F16502，荷兰PHENOM）观察样品的表面形貌，加速电压为10 kV。测试前将样品在105 ℃烘箱中干燥，再用离子溅射仪（BZ19-SBC-12，北京中科科仪股份有限公司）对其进行喷金处理。

1.3.4　孔隙率测试

采用正丁醇吸收法^[

27]测量隔膜孔隙率。测试样品尺寸为18 mm（直径）×0.5 mm（厚度），根据式(1)计算其孔隙率（P，%）。

P (%) = \frac{m_{1} - m_{0}}{ρ V}

（1）

式中，m₁为吸收正丁醇后样品的质量，mg；m₀为吸收正丁醇前样品的质量，mg；ρ为正丁醇的密度，0.8098 g/cm³；V为样品的体积，cm³。

1.3.5　机械性能测试

采用万能拉力试验机（LS1，美国AMETEK）对样品进行机械性能测试，样品尺寸为40 mm（长）×10 mm（宽）×0.5 mm（厚）。

1.3.6　热重分析测试

采用同步热分析仪（STA 449 F5 Jupiter，德国NETZSCH）对样品进行热稳定性测试。测试前将样品在105 ℃下干燥以除去表面水分。测试条件为氮气环境，温度范围为50~800 ℃。

1.3.7　吸液率测试

在手套箱中（水含量<0.08 mg/m³，氧气含量<0.14 mg/m³）将样品浸渍在电解液中，室温浸泡不同时间后，根据式(2)计算出样品的电解液吸收率（η，%）。每组样品测试3次，计算平均值以及标准偏差。

η (%) = \frac{m_{2} - m_{1}}{m_{1}} \times 100 %

（2）

式中，m₁表示样品吸液前的质量，g；m₂表示样品吸液后的质量，g。

1.3.8　离子电导率测试

利用电化学工作站（PGSTAT302N，瑞士万通公司）对样品的离子电导率进行测试，频率波动范围为0.01~10⁶ Hz。通过式(3)计算离子电导率（σ，S/cm）。

σ = \frac{L}{R S}

（3）

式中，L表示样品吸液后的厚度，cm；R表示样品内阻，Ω；S表示样品的有效接触面积，0.025 cm²。

1.3.9　锂离子迁移数测试

用采样器将样品切成圆形（直径1.8 cm）后，组装Li/GPE/Li电池，采用安培计时电流法测试其电流时间曲线，以及对电池极化前后的开路电位交流阻抗进行测试。样品的锂离子（Li⁺）迁移数（ $t_{L i^{+}}$ ）由式(4)计算。

t_{L i^{+}} = \frac{I_{s} (V - R_{0} I_{i})}{I_{0} (V - R_{S} I_{S})}

（4）

式中，I₀表示初始电流，μA；I_s表示稳态电流，μA；R₀表示极化前界面阻抗，Ω；R_s表示极化后界面阻抗，Ω；V表示外加电压，10 mV。

1.3.10　界面相容性测试

将GPE组装成Li/GPE/Li电池后，利用电化学工作站对其进行开路电位交流阻抗测试（频率为0.01~10⁶ Hz，信号振幅为10 mV）。

1.3.11　电化学稳定窗口测试

将GPE组装成Li/GPE/垫片电池后，在室温下对其进行线性伏安扫描法（LSV）测试，测试电压范围为3~6 V。

1.3.12　电池性能测试

采用蓝电电池测试系统（LAND CT 2001A，武汉蓝电电子股份有限公司），在室温0.5 C充放电倍率条件下，对组装的Li/GPE/LiFePO₄扣式电池进行充放电测试。LiFePO₄正极片的活性物质的量为2~2.5 mg/cm²。

2 结果与讨论

2.1　化学结构分析

图1为木片、改性木片和热压改性木片的FT-IR谱图。由图1可知，木片中3350 cm^-1处为—OH的特征吸收峰，2900 cm^-1处代表C—H的伸缩振动峰^[

28]。1740和1503 cm^-1处的吸收峰分别代表木聚糖或果胶中糖醛酸的C

\overset{}{̿}

O基团和木质素特有的苯环骨架结构^{[参考文献 29

百度学术}29]。改性木片的—OH吸收峰和木质素骨架振动峰信号强度明显减弱，C

\overset{}{̿}

O吸收峰明显增强，这说明木片中大量羟基被乙酰基取代。此外，热压改性木片在1740 cm^-1处的吸收峰有所减弱，这可能是由于高温高压条件下木聚糖的分解^{[参考文献 30

百度学术}30]。

图1 木片、改性木片及热压改性木片的FT-IR谱图

Fig. 1 FT-IR spectra of wood chip, modified wood chip, and hot-pressed modified wood chip

2.2　晶体结构分析

图2为木片、改性木片和热压改性木片的XRD谱图。从图2可以看出，木片在2θ=18.0°、22.8°以及35.5°处出现明显的衍射峰，分别对应纤维素无定形区I_a_m^[

31]、I₀₀₂和I₀₄₀晶面^{[参考文献 32

百度学术}32]。经计算，木片、改性木片和热压改性木片的结晶度分别为23.0%、21.7%和54.4%^{[参考文献 33

百度学术}33]。虽然碱处理和漂白处理除去了一定量的木质素、半纤维素和纤维素无定形区，使木片的结晶度升高^{[参考文献 29

百度学术}29]。但乙酰化过程中，在吡啶作用下，高剂量的乙酰氯渗透到纤维细胞壁内部，导致乙酰基取代纤维素无定形区和部分结晶区的羟基，I₀₀₂和I₀₄₀晶面的衍射峰强度减弱，从而使得改性木片的结晶度降低^{[参考文献 34

百度学术}34]。热压改性木片在2θ=35.5°处的衍射峰消失，2θ=18.0°和22.8°处衍射峰强度增强且向低衍射角移动，这可能是因为热压作用使纤维素链更好地排列并重新形成氢键^{[参考文献 35

百度学术}35]。

图2 木片、改性木片及热压改性木片的XRD谱图

Fig. 2 XRD patterns of wood chip, modified wood chip, and hot-pressed modified wood chip

2.3　表面形貌分析

为进一步了解化学预处理和热压过程对木片表面形貌的影响，采用SEM对其进行扫描，结果见图3。由图3(a)可知，木片具有丰富的孔隙结构，该结构不仅有利于电解液的吸收，还可为离子传导提供通道。经化学预处理后，有部分细胞壁结构坍塌（图3(b)）。这是由于碱处理和漂白过程去除了半纤维素和起支撑作用的木质素，导致纤维细胞壁结构松散^[

36]。此外，改性木片的细胞壁变厚，这是由于乙酰化反应引入酯基，纤维素分子间的氢键作用减弱，导致细胞壁体积膨胀^{[参考文献 37

百度学术}37]。相比之下，热压改性木片表面致密（图3(c)），这将有效降低木片微米级孔径所导致的电池微短路的风险。但热压改性木片经电解液活化后形成GPE，其孔隙结构可被再次撑开（图3(d)），这是由于纤维表面酯基基团与碳酸酯电解液具有良好的相容性，有利于锂离子的传导。尽管该GPE具有较大的孔径，但电池组装过程的压缩作用将使其孔径减小。由于测试手段有限，实际组装电池中GPE的孔径很难测量。

图3 木片、改性木片及热压改性木片的SEM图和对应的实物图

Fig. 3 SEM images and pictures of wood chip, modified wood chip， and hot-pressed modified wood chip

2.4　孔隙率分析

GPE前驱膜的高孔隙率将有利于其对电解液的吸收，进而提升GPE的电化学性能。图4为木片、改性木片和热压改性木片（电解液润胀后）的孔隙率。由图4可知，木片、改性木片和润胀后热压改性木片的孔隙率分别为58.4%、74.0%和74.6%。改性后木片的孔隙率有所提高，这是由于碱处理和漂白过程去除了半纤维素和木质素，且乙酰化处理引入的酯基破坏了分子间氢键作用，使得木片胞间层变得疏松^[

38]。此外，经电解液润胀热压改性木片的孔隙率与改性木片孔隙率相差不大，这说明热压改性木片经电解液润胀后仍能够恢复到热压前孔隙结构，这将有利于锂离子的传导。

图4 木片、改性木片及热压改性木片的孔隙率

Fig. 4 Porosity of wood chip, modified wood chip, and hot-pressed modified wood chip

2.5　机械性能分析

锂离子电池在组装过程中受到挤压应力的作用，为了保证GPE在电池中的完整性，要求其具有良好的机械性能。图5为木片改性前后的应力⁃应变曲线图。木片、改性木片和热压改性木片的应力分别为0.92、0.49和2.16 MPa。与木片相比，改性木片的应力下降了46.7%。这种现象可以归因于碱处理和漂白过程除去了起机械支撑作用的木质素^[

39]，且乙酰化处理破坏了纤维素间的氢键。相比之下，热压改性木片的拉伸应力最大。这可能是由于热压后纤维素分子链间的距离减小，从而有利于纤维之间的物理缠结并促使游离羟基形成更多的氢键作用^{[参考文献 40

百度学术}40]，与其晶体结构结果一致。

图5 木片、改性木片及热压改性木片的应力⁃应变曲线

Fig. 5 Stress-strain curves of wood chip, modified wood chip， and hot-pressed modified wood chip

2.6　热失重分析

GPE的热稳定性是决定锂离子电池安全性能的重要指标之一。木片、改性木片和热压改性木片的热失重曲线如图6所示。由图6可知，木片的热失重阶段主要在250~370 ℃，质量损失率为69.9%。而改性木片的主要热失重阶段推迟至290~390℃，质量损失率增至76.9%。这是因为木片中含有较多的半纤维素和木质素，其中半纤维素由于具有较多侧链及无结晶区，热稳定性比纤维素差，造成木片的开始降解温度低于改性木片。同时，木质素的高含碳量造成木片的热解残余量更高^[

41-42]。此外，热压改性木片的热稳定性稍有提高，达300 ℃，这与其结晶度增大有关。

图6 木片、改性木片及热压改性木片的热失重曲线

Fig. 6 TG curves of wood chip, modified wood chip， and hot-pressed modified wood chip

2.7　吸液率分析

GPE前驱膜的吸液率直接决定了其离子传导率。图7为木片、改性木片和热压改性木片的电解液吸液率随时间的变化曲线。由图7可知，所有木片在1~2 min内达到吸液平衡，这表明木材天然的孔隙结构有利于其对电解液的吸收。改性木片的吸液率由494.5%增至719.1%。这可能是由于：①乙酰化改性向纤维素分子中引入的酯基与电解液具有很好的亲和性；②乙酰化过程破坏了致密的结晶区中纤维素分子链间的氢键作用，降低了木片结晶度，有利于电解液的渗透^[

24]；③木材自身具有丰富的定向孔隙结构，这种结构有利于电解液通过毛细管作用渗入到孔隙中并有效防止电解液流失^{[参考文献 43

百度学术}43]。而热压改性木片的吸液率（719.0%）与改性木片相差不大，这是由于经电解液润胀后，热压改性木片的孔隙结构仍可恢复到热压前水平。

图7 木片、改性木片及热压改性木片的吸液率

Fig. 7 Electrolyte uptake of wood chip, modified wood chip， and hot-pressed modified wood chip

2.8　离子电导率分析

GPE的离子电导率直接影响其组装电池的充放电效率和循环性能。图8为木片、改性木片和热压改性木片的奈奎斯特曲线，其对应交流阻抗和离子电导率见表1。木片、改性木片和热压改性木片的体电阻值分别为43.79, 17.83和10.46 Ω。改性木片离子电导率从1.20 mS/cm提高到2.35 mS/cm，这归因于改性后木片具有更高的吸液率。而热压改性木片由于具有更平整的表面结构和更薄的厚度，体电阻更低^[

24]，这使得其离子电导率进一步提高至3.68 mS/cm。

图8 木片、改性木片及热压改性木片的奈奎斯特曲线

Fig. 8 Nyquist curves of wood chip, modified wood chip, and hot-pressed modified wood chip

表1 木片、改性木片及热压改性木片的交流阻抗和离子电导率

Table 1 AC impedance and ionic conductivity of wood chip, modified wood chip, and hot-pressed modified wood chip

样品	交流阻抗/Ω	离子电导率/mS·cm^-1
木片	43.79	1.20
改性木片	17.83	2.35
热压改性木片	10.46	3.68

2.9　锂离子迁移数分析

锂离子迁移数是评价锂离子在电解质中迁移能力的重要指标，在充放电过程中，阴阳离子运动方向相反，保持高的锂离子迁移数可以减少电解质中的离子浓度差，提高锂离子传输速率^[

44]。表2为木片、改性木片和热压改性木片的I₀、I_S、R₀、R_S和

t_{L i^{+}}

。由表2可知，改性木片的锂离子迁移数从0.44增至0.74。这主要归因于引入的酯基与锂离子强相互作用有效促进了锂盐解离，加速锂离子传导^{[参考文献 45

百度学术}45]。而热压改性木片的锂离子迁移数降低至0.55，这可能是因为热压处理在一定程度上破坏了木片的定向孔隙结构，使其对锂离子的定向传导能力稍有减弱。

表2 木片、改性木片及热压改性木片的I₀、 I_S、 R₀、 R_S和

t_{L i^{+}}

Table 2 I₀, I_S, R₀, R_S, and

t_{L i^{+}}

of wood chip, modified wood chip， and hot-pressed modified wood chip

样品	I₀ / μA	I_S / μA	R₀ / Ω	R_S / Ω	$t_{L i^{+}}$
木片改性木片热压改性木片	2.22 1.75 3.60	1.77 1.54 2.53	3659 5498 162.34	3725 6226 2621	0.44 0.74 0.55

样品

I₀ / μA

I_S / μA

R₀ / Ω

R_S / Ω

t_{L i^{+}}

木片

改性木片

热压改性木片

2.22

1.75

3.60

1.77

1.54

2.53

3659

5498

162.34

3725

6226

2621

0.44

0.74

0.55

2.10　界面相容性分析

良好的界面相容性将有利于电池循环性能的提升^[

46]。图9为木片、改性木片和热压改性木片组装电池的交流阻抗（EIS）图。EIS图由低频区半圆和高频区半圆组成，分别代表电荷转移电阻（R_ct）和钝化层电阻（R_p）。由图9可知，木片、改性木片和热压改性木片的界面电阻分别为5642、5597和2365 Ω。热压改性木片的界面相容性得到显著提高，这是由于热压能够显著降低木片表面的粗糙结构，有利于木片与电极贴合，降低了锂离子在界面处的传输阻力。

图9 木片、改性木片及热压改性木片组装电池的EIS图

Fig. 9 EIS plots of cells assembled by wood chip, modified wood chip， and hot-pressed modified wood chip

2.11　电化学稳定窗口分析

电化学稳定窗口是指电化学反应能够发生的电位范围，是评估GPE在锂离子电池工作过程中电化学结构稳定性的重要参数。图10为木片、改性木片及热压改性木片组装电池的线性扫描伏安（LSV）曲线。由图10可知，木片的电化学稳定窗口为4.7 V，低于改性木片和热压改性木片的4.9和5.0 V。这是由于未改性木片电解液吸收率较低，且分子链间存在游离羟基和结合水，与锂金属负极和LiPF₆发生副反应，导致电化学稳定性下降^[

47]。而乙酰化则提高了改性木片和热压改性木片电解液亲和性的同时减少了副反应的发生，电化学稳定性有所提高。

图10 木片、改性木片及热压改性木片组装电池的LSV曲线

Fig. 10 LSV curves of cells assembled by wood chip, modified wood chip， and hot-pressed modified wood chip

2.12　电池性能分析

为了探索GPE在锂离子电池中的循环性能，选用综合性能最优的热压改性木片组装电池（Li/GPE/LiFePO₄），并对其在0.5 C倍率下进行充放电循环测试，所得放电比容量与库伦效率曲线及充放电曲线如图11所示。由图11可知，组装的锂离子电池的初始放电比容量为145.8 mAh/g，前25圈循环中，由于电极被充分浸湿，电池容量缓慢上升至150.9 mAh/g。随后容量出现缓慢下降，循环100圈后，容量衰减为146.1 mAh/g。虽然本研究制备的木材基GPE与已报道纤维素基GPE^[

48]对比具有较好的循环性能，但由于木材基GPE孔径过大，两极间活性物质相互穿梭，导致其库伦效率较低（91%）。关于木材基GPE孔径与电池循环性能之间的关系，仍需进一步研究，以获得优异的循环性能满足电池应用要求。

图11 热压改性木片组装电池在0.5 C下的电池循环性能

Fig. 11 Cycling performance of cells assembled by hot-pressed modified wood chip at 0.5 C

3 结论

本研究以轻木为原料，经碱处理、漂白、乙酰化、热压和浸渍电解液制备出木材基凝胶聚合物电解质（GPE）。通过对其结构及性能进行表征，探究化学改性及热压处理对木材基GPE性能的影响。

3.1 碱处理、漂白、乙酰化改性和热压处理可以显著提高轻木片的孔隙率（74.6%）、吸液率（719.0%）和热稳定性（300 ℃）。然而由于木质素与半纤维素的脱出及乙酰化改性导致改性轻木片结晶度下降，使得改性轻木片的机械强度降低（0.49 MPa）。

3.2 热压处理后，轻木片结晶度提高，机械强度高达2.16 MPa。同时，由于热压过程使木片表面光滑，体电阻下降，其离子电导率和界面电阻均有所改善，分别达到3.68 mS /cm和2365 Ω。此外，归因于热压改性轻木片优异的吸液率，其电化学稳定窗口扩宽至5.0 V。将热压改性轻木片组装成Li/GPE/LiFePO₄电池，在室温、0.5 C的条件下循环100圈后其容量由150.9 mAh/g衰减至146.1 mAh/g。但由于GPE的孔径过大，其库伦效率仅为91%。

参考文献

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木材基凝胶聚合物电解质的制备及其性能研究

摘要

关键词

1 实验

1.1 实验原料及试剂

1.2 木材基凝胶聚合物电解质的制备

1.3 分析检测

2 结果与讨论

2.1 化学结构分析

2.2 晶体结构分析

2.3 表面形貌分析

2.4 孔隙率分析

2.5 机械性能分析

2.6 热失重分析

2.7 吸液率分析

2.8 离子电导率分析

2.9 锂离子迁移数分析

2.10 界面相容性分析

2.11 电化学稳定窗口分析

2.12 电池性能分析