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崔光磊/董杉木/張煥瑞JACS：仿生抗衰老粘結(jié)劑添加劑應(yīng)對(duì)電解液化學(xué)降解挑戰(zhàn)

對(duì)基于層狀過(guò)渡金屬氧化物正極的鋰電池來(lái)說(shuō)，電解液的化學(xué)降解導(dǎo)致電池容量快速衰減，嚴(yán)重挑戰(zhàn)了其實(shí)際應(yīng)用。這種電解液的化學(xué)降解是由活性氧（例如單線態(tài)氧）的氧化和循環(huán)過(guò)程中自由基的攻擊引起的。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，中科院青島能源所崔光磊研究員、董杉木研究員及張煥瑞副研究員等人首次報(bào)道了一種受生物學(xué)啟發(fā)的抗衰老策略，該策略用于開(kāi)發(fā)具有單線態(tài)氧和自由基清除能力的光穩(wěn)定劑（PS）作為正極粘結(jié)劑添加劑。

外部驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、循環(huán)過(guò)程中的氣體逸出以及NCM523正極的循環(huán)后分析充分證明，這種由粘結(jié)劑添加劑和市售聚偏二氟乙烯（PVDF）組成的粘結(jié)劑體系可以清除高壓循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的單線態(tài)氧和自由基，從而顯著抑制電解液分解。

圖1. PS清除單線態(tài)氧和自由基作用的示意圖

因此，基于該粘結(jié)劑體系的高電壓LTMOCs正極/Li半電池即使在超高質(zhì)量負(fù)荷和高溫下也能提供比PVDF粘結(jié)劑對(duì)應(yīng)電池更出色的電化學(xué)性能。

電池性能的顯著提高是由于形成了超薄、均勻的CEI層，這得益于粘結(jié)劑添加劑獨(dú)特的單線態(tài)氧和自由基清除功能。這種清除活性氧和自由基的仿生策略預(yù)示著一種新的范式，可用于操控涉及層狀過(guò)渡金屬氧化物正極的各種可充電電池的正極/電解液界面化學(xué)。

圖2. 抗老化粘結(jié)劑對(duì)電池性能的影響

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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