對于使用層狀過渡金屬氧化物正極的高電壓鋰電池，電解液的“化學退化”導致電池性能易發生快速衰退，對這類電池的實際應用提出了實質性的挑戰。電解液的化學退化是指在高電壓循環過程中，過渡金屬氧化物鋰電池中的電解質由于高活性氧和自由基的攻擊而發生化學分解的現象。目前為止，應對這一問題的策略主要涉及材料表面原子層包覆，或者使固態電解質等。這些方法的目的主要是建立一個物理屏障以減緩電解質分解的速度，但并不能實質性地抑制電解液的化學退化。更糟糕的是，這些方法往往需要復雜的制備過程和高的工藝成本，或者犧牲電池的能量密度和性能。
在自然界中，化學退化現象無處不在。蘋果褐變、鐵塊生銹和皮膚老化都是活性氧和自由基造成的化學退化現象。為了應對這一化學退化問題，自然界的蕓蕓眾生進化出了很多辦法來應對這個問題。例如，生物體通常會產生不同類型的酶來清除活性氧和自由基，以避免這一問題的發生。受這些生物體抗氧化應對機制的啟發，青島能源所固態能源系統技術中心使用了光穩定劑作為一種簡單的、低成本的抗老化粘結劑添加劑來清除電池循環中產生的單線態氧和自由基。
圖1 抗衰老粘結劑和傳統的PVDF粘結劑在多種層狀氧化物鋰電池中的性能對比
通過實驗研究和理論計算，研究人員發現，這種生物啟發的清除機制可以在高電壓正極表面誘導形成相容性的正極/電解質界面，進而在多種層狀過渡金屬氧化物（如鈷酸鋰、富鋰和富鎳氧化物）基鋰電池中表現出卓越的電化學性能（圖1）。
上述工作近日以Supplementary Cover Article形式發表于《Journal of the American Chemical Society》雜志上。文章第一作者是青島能源所的博士生穆鵬州，通訊作者是青島能源所的崔光磊研究員、董杉木研究員、張煥瑞副研究員。該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院先導專項、山東省人才項目等項目的支持。
Pengzhou Mu,# Huanrui Zhang,#* Hongzhu Jiang, Tiantian Dong, Shu Zhang, Chen Wang, Jiedong Li, Yue Ma, Shanmu Dong,* Guanglei Cui,* J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 18041-18051.
