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高电压锂离子电池的电化学性能与电极材料和由溶剂和锂盐组成的电解液的界面相容性有着明显的关系。然而，目前主流的碳酸盐基电解液，由于在正极/电解质界面充电过程中易在高电压下被催化分解，从而产生副产物降低库仑效率和循环性能，因此通常不适在高于4.3V的电压下长时间工作。更重要的是，碳酸盐基电解液会和充满电状态下的正极继续反应，从而降低锂离子电池的容量。
研究人员普遍认为自由基反应是碳酸基电解液分解的主要原因。在正极的界面处，一旦碳酸盐在充电过程中失去电子，那么就会逐渐产生烷基自由基（被认为是碳酸盐溶剂分解反应的中间物质）并与邻近的溶剂分子相互反应，导致溶剂聚合和形成正极/电解质中间相（CEI）。在大多数情况下，尽管可以通过表面改性和加入添加剂缓解不稳定的CEI的生成，但这都是以大量电解质的分解为代价。根据上述自由基反应机理，可以认为抑制或甚至避免烷基自由基的产生和扩散，对于抑制电解质的分解和保持电解质和正极之间的界面相容性至关重要。基于此，通过捕获自由基对于稳定正极/电解质界面和保护电解液免受副反应，并延长电池寿命将是一种十分有效策略。
为了有效地捕获自由基，最好的方式是在正极/电解质界面形成一层自由基捕获剂层，而粘结剂正是一个最优的选择。为了获得高电压的锂离子电池，一个理想的正极粘结剂应该具有高效的捕获自由基的能力，同时具有较强的粘性和锂离子传输性能，并且抗电化学氧化。目前商业化的PVDF粘结剂难以满足上述要求特别是在捕获自由基方面。受到酚醛结构具有较好的捕获自由基能力的启发，含有酚醛官能团的生物质木质素也许可以作为自由基捕获剂用于高压锂离子电池正极的粘结剂材料。
来自中国科学院的Cui Guanglei课题组首次将木质素作为LNMO正极和EC基电解液组成的高电压锂离子电池的粘结剂材料。通过木质素捕获高电压下EC分解产生的自由基可以显著提高电池的性能。在1 C的倍率下循环1000次仍然具有110.8 mAh g-1的容量，显著高于用PVDF粘结剂的性能（44.2 mAh g-1）
图1 （a）在充电到5 V的状态下LNMO半电池中电解质的ESR信号。（b）自由基与木质素/ PVDF粘合剂之间反应的势能图。（c）木质素和（d）PVDF的捕获自由基的示意图。
图2 HPLC-MS色谱图（a）纯EC / DMC溶液；EC / DMC在充满电状态下的（b）木质素基的电极和（c）PVDF基电极。（d）电解质可能的分解反应的示意图。
图3 （a）在1C下木质素和PVDF粘结剂的循环稳定性和库仑效率（3.5-5.0 V vs. Li+/Li）；（b）1C下1000次循环的充放电曲线。（c）长期循环后完全放电的木质素和PVDF基电极的阻抗谱；（d）木质素和（e）PVDF基电极的阻抗分析。
图4 （a）木质素基电极和（b）PVDF的电极的循环后的TEM图像；在长循环时使用高分辨率XPS测量研究了PVDF和木质素基电极的表面组成演变。PVDF的电极在原始状态和1000次循环后的（c）O1s和（d）F1s谱；基于木质素的电极的原始状态和1000次循环后的（e）O1s和（f）F1s谱。
图5在（a）木质素粘结剂（b）PVDF粘结剂中CEI膜形成过程示意图
相关工作“A biomass basedfree radical scavenger binder endowing a compatible cathode interface for 5 V lithium-ionbatteries”发表在“Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/c8ee02555j”上。
本期投稿：ZYJ
本期编辑：WJH
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