崔光磊/董杉木/张焕瑞JACS：仿生抗衰老粘结剂添加剂应对电解液化学降解挑战

对基于层状过渡金属氧化物正极的锂电池来说，电解液的化学降解导致电池容量快速衰减，严重挑战了其实际应用。这种电解液的化学降解是由活性氧（例如单线态氧）的氧化和循环过程中自由基的攻击引起的。

为了解决这个问题，中科院青岛能源所崔光磊研究员、董杉木研究员及张焕瑞副研究员等人首次报道了一种受生物学启发的抗衰老策略，该策略用于开发具有单线态氧和自由基清除能力的光稳定剂（PS）作为正极粘结剂添加剂。

外部验证实验、循环过程中的气体逸出以及NCM523正极的循环后分析充分证明，这种由粘结剂添加剂和市售聚偏二氟乙烯（PVDF）组成的粘结剂体系可以清除高压循环过程中产生的单线态氧和自由基，从而显著抑制电解液分解。

图1. PS清除单线态氧和自由基作用的示意图

因此，基于该粘结剂体系的高电压LTMOCs正极/Li半电池即使在超高质量负荷和高温下也能提供比PVDF粘结剂对应电池更出色的电化学性能。

电池性能的显著提高是由于形成了超薄、均匀的CEI层，这得益于粘结剂添加剂独特的单线态氧和自由基清除功能。这种清除活性氧和自由基的仿生策略预示着一种新的范式，可用于操控涉及层状过渡金属氧化物正极的各种可充电电池的正极/电解液界面化学。

图2. 抗老化粘结剂对电池性能的影响

Bioinspired Antiaging Binder Additive Addressing the Challenge of Chemical Degradation of Electrolyte at Cathode/Electrolyte Interphase, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c06003

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