TW201820694A - 固態聚合物電解質之被鋰鹽接枝的奈米微晶纖維素 - Google Patents

固態聚合物電解質之被鋰鹽接枝的奈米微晶纖維素 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種電池固體聚合物電解質。所述固體聚合物電解質包括：可溶解鋰鹽的聚合物、鋰鹽和奈米纖維或奈米晶態的奈米纖維素，奈米纖維素上接枝有鋰鹽陰離子。所述奈米纖維或奈米微晶纖維素增強了固體聚合物電解質的機械強度，以抵抗金屬鋰陽極表面的枝晶生長。

Description

固態聚合物電解質之被鋰鹽接枝的奈米微晶纖維素
本發明涉及一種鋰鹽接枝的奈米微晶纖維素，更具體涉及一種包含鋰鹽接枝的奈米微晶纖維素的固體聚合物電解質，其具有增加的機械阻力和提高的離子導電率。由此種電解質組裝的鋰電池因此獲得了更長的迴圈壽命。
用鋰金屬作為負極的鋰電池有著優異的能量密度。但是，由於鋰離子在鋰金屬電極表面分佈不均衡，隨著充放電迴圈，在再充電過程中電池中鋰金屬電極表面發生枝晶生長。為了使包括枝晶生長在內的鋰金屬負極表面的形貌演變的影響最小化，鋰金屬電池通常使用固體聚合物電解質，正如在美國專利US6,007,935中所描述的，該美國專利在此引入作為參考。經過數次迴圈，即使電解質是固體，鋰金屬陽極表面的枝晶仍可能逐漸穿透電解質，造成負極和正極之間的“軟”短路，導致電池性能下降或不佳。因此，枝晶生長仍會使電池的迴圈性能變差，構成對具有金屬鋰陽極的鋰電池進行性能優化的主要限制。
因此，需要一種具有更好的機械強度且可用於降低或阻止金屬鋰陽極表面枝晶生長效應的固體電解質。
本發明一方面提供了一種鋰鹽陰離子接枝的奈米微晶纖維素(NNC)。在優選的實施方案中，接枝鋰鹽陰離子(LiSalt)選自SO2NLiSO2R、SO2CLiRSO2R和SO2BLiSO2R。在更優選的實施方案中，接枝鋰鹽陰離子是LiTFSI。
本發明另一方面提供了一種用於電池的固體聚合物電解質，該固體聚合物電解質包括能溶解鋰鹽的聚合物、鋰鹽和鋰鹽陰離子接枝的奈米纖維或者奈米晶體形態的奈米纖維素。奈米纖維或奈米晶型纖維素增強了固體聚合物電解質的機械強度，接枝陰離子提高了奈米微晶纖維素和各種聚合物之間的相容性，由此提高了共混聚合物中奈米微晶纖維素的分散度。藉由增加鋰離子的遷移數，接枝陰離子還提高了其電化學性能。藉由連接增加奈米纖維素離子導電成分的離子基團，提升了固體聚合物電解質中奈米纖維素的性質，同時改善了固體聚合物電解質的機械強度。
本發明又一方面提供了一種用於電池的固體聚合物電解質，所述固體聚合物電解質包括可溶解鋰鹽的聚合物、鋰鹽、以及鋰鹽陰離子接枝的奈米纖維或奈米晶態的奈米纖維素。在一個具體的實施方案中，所述奈米微晶纖維素(NNC)上接枝了LiTFSI鹽陰離子。
本發明另一個方面旨在提供一種用於電池的固體聚合物電解質，其包含奈米複合材料，所述奈米複合材料包含聚氧化乙烯鏈和接枝有鋰鹽陰離子的奈米微晶體纖維素(NCC)的共混物。
本發明另一方面提供了一種具有多個電化學電池單元的電池。每一個電化學電池單元包括金屬鋰陽極、陰極和位於陽極和陰極之間的固體聚合物電解質。所述固體聚合物電解質包括能溶解鋰鹽的聚合物、鋰鹽和接枝了鋰鹽陰離子的奈米微晶纖維素，所述奈米微晶纖維素增強了固體聚合物電解質的機械強度，阻止了金屬鋰陽極表面的枝晶增長。
本發明的實施方式均具有上述目的和/或方面中的至少一個，但不必具有其全部。應當理解的是，本發明的因為試圖滿足一些上述目標在一些方面可能不滿足一些目標和/或可能滿足其他一些此處沒有明確列舉的目標。
本發明實施方式中附加和/或替代的特徵、方面以及優點會在下述說明書、圖式以及附加的申請專利範圍中進行清晰的描述。
10‧‧‧鋰金屬聚合物電池
12‧‧‧電化學電池單元
14‧‧‧陽極或負極
16‧‧‧固體電解質
18‧‧‧陰極或正極
20‧‧‧集電體
為了更好地理解本發明、其他方面及其進一步的特徵，參考以下結合附圖的描述，其中：圖1為包含多個電化學電池的鋰金屬聚合物電池組的示意圖； 圖2為在奈米微晶纖維素(NNC)上接枝鋰鹽LiTFSI的三種具體的合成路線的示意圖；圖3為圖2所示第一合成路線(1)的RAFT/MADIX途徑的示意圖；圖4為圖2所示第一合成路線(1)的ARTP途徑的示意圖；圖5是圖2所示第一合成路線(1)的NMP途徑的示意圖；圖6是圖2所示第二合成路線(2)中涉及的分子A的列表；圖7是圖2所示第三合成路線(3)中涉及的分子A和分子B的化學結構簡式。
圖1示意性地示出了具有多個電化學電池單元12的鋰金屬聚合物電池10，每個電化學電池單元12包括由金屬鋰片材製成的陽極或負極14，固體電解質16以及層疊在集電體20上的陰極或正極膜18。固體電解質16通常包括鋰鹽以在陽極14和陰極18之間提供離子導電。鋰金屬片通常具有20微米至100微米的厚度；固體電解質16的厚度為5微米至50微米，正極膜18的厚度通常為20微米至100微米。
所述鋰鹽選自LiCF3SO3、LiB(C2O4)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiC(CH3)(CF3SO2)2、LiCH(CF3SO2)2、LiCH2(CF3SO2)、LiC2F5SO3、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)、LiB(CF3SO2)2、LiPF6、LiSbF6、LiClO4、LiSCN、LiAsF6、LiBOB、LiBF4和LiClO4。
電化學電池單元12中電池10的內部工作溫度通常在40℃到100℃之間。鋰聚合物電池組優選包括內部加熱系統，以加熱電化學電池單元12至其最佳工作溫度。電池10可以在一個寬溫度範圍(-40℃到+70℃)內在室內或室外使用。
本發明中所述固體電解質16由包含摻雜了奈米微晶纖維素的聚環氧乙烯鏈的奈米複合材料組成，所述奈米微晶纖維素上接枝了鋰鹽陰離子。接枝鋰鹽陰離子的奈米微晶纖維素被用作固體電解質16中聚環氧乙烯-鋰鹽絡合物的添加劑，以提高固體電解質16的機械性能和離子電導率。
奈米微晶纖維素是由化學木漿中作為膠體懸浮液提取出來的，但是也可以選用其他含纖維素的材料，例如細菌、含纖維素的海洋動物(如被囊動物)或棉花。奈米微晶纖維素由數條基於D-葡萄糖單元的鏈構成，它們 自發排列成晶態或非晶態區域。奈米微晶纖維素包含微晶，其橫截面尺寸範圍在5-10nm之間，其長度範圍在20-100nm之間，具體取決於提取過程中選用的原料。如果藉由空氣、噴霧或冷凍乾燥，適當地對其衍生化、或自主裝以形成固體材料，這些帶電的晶體可以懸浮在水或其他的溶液中。乾燥後，奈米微晶纖維素呈六邊形棒狀結構堆積，其具有奈米級別的橫截面積範圍(5-20nm)，同時其長度則大出若干數量級(100-1000nm)，從而具有較大的長寬比。所述奈米微晶纖維素的特徵還在於其高結晶度(>80%，最可能在85%到97%之間)，接近纖維的理論結晶度極限。
如果被充分地分散，所述奈米微晶纖維素(未接枝的)為固態聚合物電解質16提供增強的機械強度，但其並不能參與陽極14和陰極18之間的離子傳導，甚至阻礙了離子傳導，因為在充放電過程中，鋰離子在固態聚合物電解質16陽極14和陰極18之間的往復遷移中必須繞開奈米微晶纖維素。
為了減小固體電解質中奈米微晶纖維素對離子傳導的阻礙，鋰鹽陰離子被接枝到奈米微晶纖維素上。接枝陰離子為鋰離子在固體聚合物電解質16中的遷移提供了離子傳導路徑，而不是阻礙其遷移。藉由增加鋰離子遷移數，接枝陰離子還改善了固體電解質的電化學性能。藉由在奈米纖維素上連接陰離子基團，在改善固體電解質機械強度的同時還增加了離子傳導性成分，使得固體電解質中奈米纖維素的性能得到改善。
上述在固體電解質16中在奈米微晶纖維素上提供離子通道的鋰鹽LiSalts的接枝陰離子分別為SO2NLiSO2R、SO2CLiRSO2R或SO2BLiSO2R。R可以是直鏈烷基、環烷基、芳基、氟代烷基、醚基、酯基、醯胺基、硫醚基、胺基、季銨基、尿烷基、硫代尿烷基和矽烷基中的一種或幾種。R還可以是氫原子、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。
在奈米微晶纖維素(NCC)上接枝鋰鹽有很多可能的合成路線。例如，圖2展示了三種在鋰鹽LiSalt上接枝鋰鹽的具體合成路線。第一種合成路線(1)是一個兩步的過程，其中第一階段是在NCC-OH上嫁接多聚化試劑A-R-B。第二階段是將含有鋰鹽MLiSalt陰離子的單體聚合，以獲得NCC-A-R-(MLiSalt)n-B。
第二種合成路線(2)也是一個兩步的過程。在第一階段，基團A被接 枝到NCC-OH上，獲得CNC-O-A。第二階段，接枝鋰鹽陰離子，獲得NCC-O-LiSalt。R可以是直鏈烷基、環烷基、芳基、氟代烷基、醚基、酯基、醯胺基、硫醚基、胺基、季銨基、尿烷基、硫代尿烷基和矽烷基中的一種或幾種。
第三種合成路線(3)是一個三步的過程。第一階段，基團A被接枝在NCC-OH上，獲得NCC-A。NCC-A接下來轉換成NCC-B。最後，形成鋰鹽陰離子，獲得NCC-LiSalt。
關於第一種合成路線(1)，有三種可能的合成途徑：RAFT/MADIX(自由基加成-裂解鏈轉移/通過可逆加成-裂解鏈轉移進行大分子設計)途徑、ATRP(原子轉移自由基聚合)途徑和NMP(氮氧化物介導的聚合)途徑。參見圖3，RAFT/MADIX途徑的第一階段採用包括功能基團B，所述功能基團B可以是三硫酯、二硫酯、黃原酸酯或二硫代氨基甲酸酯；還包括可以和NCC-OH的醇羥基反應的功能基團A，所述功能基團A為羧酸及其鹽、異氰酸酯、硫代異氰酸酯、環氧乙烷、磺酸、膦酸及其鹽或鹵化物(X為Cl、I、Br)。RAFT/MADIX途徑的第二階段是攜帶鋰鹽陰離子和自由基聚合過程中的反應基的單體的自由基聚合。自由基聚合中單體MliSalt的反應基M可以是在鄰位、間位或對位取代的乙烯基苯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基或乙烯基。
參見圖4，第二種途徑(ATRP)需要包含可與NCC-O的醇羥基反應的功能基團A，所述功能基團A包括羧酸或其鹽、異氰酸鹽，硫代異氰酸鹽，環氧乙烷，磺酸或其鹽，膦酸或其鹽；還包括鹵化物功能基團B，所述鹵素原子可以是氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。ATRP途徑的第二階段是攜帶鋰鹽陰離子和自由基聚合過程中的反應基的單體的自由基聚合。自由基聚合中單體MliSalt的反應基M可以是在鄰位、間位或對位取代的乙烯基苯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基或乙烯基。
參見圖5，第三種合成途徑(NMP)採用了一種包含可以和NCC-OH中的羧羥基反應的功能基團A的分子，所述功能基團A可以是羧酸及其鹽、異氰酸鹽、硫代異氰酸鹽、環氧乙烷、磺酸及其鹽、膦酸及其鹽、或鹵化物(X為Cl、I或Br)；還包括氮氧基(N-O鍵)功能基團B。NMP途徑的第二階段是攜帶鋰鹽陰離子和自由基聚合過程中的反應基的單體的 自由基聚合。自由基聚合中單體MliSalt的反應基M可以是在鄰位、間位或對位取代的乙烯基苯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基或乙烯基。
前述第二種合成路線(2)是一個兩步過程。第一階段是NCC-OH和分子A反應，所述分子A為硫酸(H2SO4)、氯磺酸(HClSO4)、三氧化硫(SO3)、氨基磺酸(SO3NH2)或硫酸鹽(R1SO3；R1為Na2、Mg、K2、Li2或Be)(圖6)。第二階段是鋰鹽陰離子的接枝。之前步驟中獲得的NCC-O-A和三氟甲磺醯胺(R-SO2-NH2)以及鋰鹽反應，所述鋰鹽選自LiCF3SO3、LiB(C2O4)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiC(CH3)(CF3SO2)2、LiCH(CF3SO2)2、LiCH2(CF3SO2)、LiC2F5SO3、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)、LiB(CF3SO2)2、LiPF6、LiSbF6、LiClO4、LiSCN、LiAsF6、LiBOB、LiBF4和LiClO4。從而製得NCC-O-LiSalt。
第三種合成路線是一個三步過程。第一階段，NCC-OH和分子A(圖7)反應，所述分子A為磺酸鹽或三氟甲磺酸鹽R2-SO2-R2，其中R2可以是直鏈烷基、環烷基、芳基、氟代烷基、醚基、酯基、醯胺基、硫醚、胺基、硫氰酸鹽/酯、高氯酸鹽/酯、季銨鹽/酯、尿烷、硫代氨基甲酸酯、矽烷、磷原子、硼原子、氟原子、氯原子、溴原子和碘原子中的一種或幾種，或無氧酸(鹵化氫)H-X；或為亞硫醯鹵SOX2或三鹵化磷PX3，其中X為Br、Cl、I或F。第二階段是此前製得的NCC-A和RSO3型硫酸鹽分子B(圖6)的反應，以製得NCC-SO3。R為直鏈或環烷基、芳基、氟代烷基、醚基、酯基、醯胺基、硫醚基、胺基、季銨基、尿烷基、硫代尿烷基和矽烷基中的一種或幾種。R也可能是氫原子、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。最後一個階段，NCC-SO3和三氟甲磺醯胺(R-SO2-NH2)以及鋰鹽反應，所述鋰鹽可選自LiCF3SO3、LiB(C2O4)2、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiC(CH3)(CF3SO2)2、LiCH(CF3SO2)2、LiCH2(CF3SO2)、LiC2F5SO3、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)、LiB(CF3SO2)2、LiPF6、LiSbF6、LiClO4、LiSCN、LiAsF6、LiBOB、LiBF4和LiClO4。從而製得NCC-LiSalt。
測試表明，本發明提供的以複合材料作為鋰金屬電池的固體聚合物電解質可以製得性能優異、離子電導率優異的儲能設備，所述複合材料包含與奈米微晶纖維素共混的聚氧化乙烯鏈，且奈米微晶纖維素鏈上接枝了鋰鹽陰離子。本發明提供的固體聚合物電解質還具有良好的機械強度和耐久 性以及高的熱穩定性。在鋰金屬電池中使用該固體聚合物電解質，可以限制鋰枝晶的生長，使得充電更為安全迅速。本發明提供的固體聚合物電解質極大減少了再充電期間鋰的非均相電沉積物(包括枝晶)的形成。
所述固體電解質16比習知的固體聚合物電解質更堅固，因此可以比習知技術的聚合物電解質製得更薄。如上所述，固體聚合物電解質16可以薄至5微米。電池中更薄的電解質使電池具有更高的能量密度。共混接枝鋰鹽陰離子的奈米微晶纖維素可以提高聚合物的強度，使固體聚合物電解質在生產過程中更穩定。固體聚合物電解質16具有更高的抗撕裂性，且在生產過程中不易起皺。
在固體聚合物電解質16的一個具體實施方案中，將PEO和鋰鹽混合在一起，其中PEO的品質分數為70%-90%，鋰鹽的品質分數為10%-30%。然後，將接枝了該鋰鹽陰離子的奈米晶體纖維素添加到PEO-鹽絡合物中，其中PEO-鋰鹽絡合物的品質分數為70%-99%，鋰鹽接枝奈米微晶纖維素的品質分數為1%-30%。例如，固體聚合物電解質16可由品質分數為70%的PEO、15%的鋰鹽和15%的接枝奈米微晶纖維素組成。
對於本領域具有通常知識者來說，對本發明的上述實施例的修改和改進是顯而易見的。以上描述旨在是示例性的而不是限制。此外，可能出現在圖式中的各種部件的特徵的尺寸並不意味著對其的限制，其中的部件的尺寸可以不同於這裡在圖式中描繪的尺寸。因此，本發明的範圍僅由所附請求項的範圍來限定。

Claims (12)

  1. 一種奈米微晶纖維素，係由鋰鹽陰離子接枝。
  2. 如請求項1所述的奈米微晶纖維素，其中接枝的陰離子為選自SO 2NLiSO 2R、SO 2CLiRSO 2R和SO 2BLiSO 2R的鋰鹽。
  3. 如請求項2所述的奈米微晶纖維素，其中R是直鏈烷基、環烷基、芳基、氟代烷基、醚基、酯基、醯胺基、硫醚基、胺基、季銨基、尿烷基、硫代尿烷基和矽烷基中的一種或幾種。
  4. 如請求項2所述的奈米微晶纖維素，其中R是氫原子、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子。
  5. 如請求項1所述的奈米微晶纖維素，其中接枝的鋰鹽陰離子是LiTFSI。
  6. 一種用於電池的固體聚合物電解質，所述固體聚合物電解質包括：可溶解鋰鹽的聚合物、鋰鹽和奈米纖維或奈米晶態的奈米纖維素，所述奈米纖維素上接枝鋰鹽陰離子。
  7. 如請求項6所述的固體聚合物電解質，其中鋰鹽選自LiCF 3SO 3、LiB(C 2O 4) 2、LiN(CF 3SO 2) 2、LiC(CF 3SO 2) 3、LiC(CH 3)(CF 3SO 2) 2、LiCH(CF 3SO 2) 2、LiCH 2(CF 3SO 2)、LiC 2F 5SO 3、LiN(C 2F 5SO 2) 2、LiN(CF 3SO 2)、LiB(CF 3SO 2) 2、LiPF 6、LiSbF 6、LiClO 4、LiSCN、LiAsF 6、LiBF 4和LiClO 4。
  8. 如請求項6所述的固體聚合物電解質，其中奈米微晶纖維素上接枝的陰離子選自鋰鹽SO 2NLiSO 2R、SO 2CLiRSO 2R和SO 2BLiSO 2R。
  9. 如請求項6所述的固體聚合物電解質，其中所述鋰鹽為LiTFSI。
  10. 如請求項8所述的固體聚合物電解質，其中R是直鏈或環烷基、芳基、氟代烷基、醚基、酯基、醯胺基、硫醚基、胺基、季銨基、尿烷基、硫代尿烷基和矽烷基中的一種或幾種，R還可以是氫原子、氟原子、氯原子、碘原子或溴原子。
  11. 如請求項6所述的固體聚合物電解質，其由奈米複合材料組成，所述奈米複合材料包括與奈米微晶纖維素共混的聚環氧乙烷鏈，所述奈米微晶纖維素上接枝有鋰鹽陰離子。
  12. 具有多個電化學電池單元的電池，每個電化學電池單元包括金屬鋰陽極、陰極和陰陽極之間的固體聚合物電解質，所述固體聚合物電解質包括能溶解鋰鹽的聚合物、鋰鹽和其上接枝鋰鹽陰離子的奈米微晶纖維素。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018107263A1 (en) 2016-12-14 2018-06-21 Blue Solutions Canada Inc. Lithium metal battery containing electrolyte grafted with immobilized anions
EP3422438A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-02 Fundación Centro de Investigación Cooperativa de Energías Alternativas, CIC Energigune Fundazioa Solid polymer electrolyte based on modified cellulose and its use in lithium or sodium secondary batteries
CN109585920B (zh) * 2018-11-06 2020-12-11 欣旺达电子股份有限公司 锂离子电池及其电解液
CN111403734B (zh) * 2020-02-28 2022-08-05 浙江锋锂新能源科技有限公司 锂金属稳定的有机-无机复合膜、制备、在抑制锂枝晶生长中的应用
CN111540870A (zh) * 2020-05-08 2020-08-14 中航锂电技术研究院有限公司 隔膜、制备方法及锂离子电池
CN111697263B (zh) * 2020-06-24 2021-08-10 华中科技大学 一种有机无机杂化聚合物电解质、其制备和应用
CN112072173B (zh) * 2020-08-31 2022-02-11 中山大学 一种基于纤维素网络结构的分子刷聚合物膜及其制备方法和应用
CN112786959B (zh) * 2021-01-28 2022-02-25 青岛科技大学 一种固体电解质的制备方法
CN113471531A (zh) * 2021-07-28 2021-10-01 恒大新能源技术(深圳)有限公司 聚合物固态电解质及其制备方法、固态电池
CN115020919B (zh) * 2022-07-22 2023-08-01 上海恩捷新材料科技有限公司 涂布浆料、隔膜及其制备方法、电池

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03149705A (ja) * 1989-11-02 1991-06-26 Fuji Photo Film Co Ltd 高分子固体電解質
KR20030063060A (ko) * 2002-01-22 2003-07-28 삼성에스디아이 주식회사 리튬-황 전지용 양극
CA2691265A1 (fr) * 2010-01-28 2011-07-28 Phostech Lithium Inc. Materiau de cathode optimise pour une batterie de technologie lithium metal polymere
WO2012119229A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Highly charge group-modified cellulose fibers which can be made into cellulose nanostructures or super-absorbing cellulosic materials and method of making them
US20150072902A1 (en) * 2012-04-13 2015-03-12 Schlumberger Technology Corporation Fluids and Methods Including Nanocellulose
US20130274149A1 (en) 2012-04-13 2013-10-17 Schlumberger Technology Corporation Fluids and methods including nanocellulose
ES2540463T3 (es) 2012-07-19 2015-07-09 Cic Energigune Electrolito híbrido
EP2965370A4 (en) * 2013-03-05 2016-09-21 Sion Power Corp ELECTROCHEMICAL CELLS WITH FIBRILLARY MATERIALS SUCH AS FIBRILLENE CELLULOSE MATERIALS
US20140267515A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Cabot Corporation Aqueous dispersions comprising nanocrystalline cellulose, and compositions for commercial inkjet printing
US10350576B2 (en) * 2013-10-29 2019-07-16 Wisconsin Alumni Research Foundation Sustainable aerogels and uses thereof
CN103872282B (zh) 2014-03-31 2016-04-13 河南理工大学 一种聚合物锂离子电池隔膜及其制备方法
JP6570065B2 (ja) 2014-11-17 2019-09-04 公立大学法人首都大学東京 ナノファイバー、ナノファイバー繊維集積体、複合膜、高分子固体電解質およびリチウムイオン電池
CA2916117C (en) * 2014-12-22 2023-02-28 Nishil Mohammed Pristine and surface functionalized cellulose nanocrystals (cncs) incorporated hydrogel beads and uses thereof
US20160190534A1 (en) * 2014-12-26 2016-06-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Separator for lithium ion secondary battery and preparation method thereof
JP2016126998A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． リチウムイオン二次電池用セパレータおよびその製造方法
TW201703338A (zh) 2015-02-26 2017-01-16 國立大學法人東京工業大學 熔融鹽組成物、電解質、及蓄電裝置、以及液化熔融鹽之增黏方法
CN105720224B (zh) * 2016-03-28 2018-07-24 北京理工大学 一种纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜及其制备方法
KR20180044743A (ko) * 2016-10-24 2018-05-03 삼성전자주식회사 세퍼레이터, 이를 포함하는 전기화학 전지, 세퍼레이터 제조방법 및 부직포

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