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工 作 简 介
近日，华南理工大学王朝阳教授联合南方科技大学邓永红教授在Chemical Engineering Journal期刊上发表了题为“Molecular Engineering of Cyano-Functionalized Biopolymer Binders Enabling Interfacial Stabilization of 4.6V LiCoO2 Cathodes Under High-Areal-Capacity”的研究文章。本研究提出采用氰乙基壳聚糖（CSAN）作为多功能粘结剂，通过协同界面稳定化和结构增强来应对LCO在高电压（>4.6 V）下面临严重的结构退化和界面不稳定的问题。引入的氰基与固有氨基团协同作用，强螯合钴离子，有效抑制正极溶解和晶格氧释放，从而保持LiCoO2在高压环境下的结构完整性。同时，强极性的氰基与氨基相互作用，形成动态氢键网络，构建高效的锂离子传输途径并降低界面阻抗。CSAN通过减轻电解质分解和控制CEI生长，增强界面稳定性。采用CSAN粘合剂的LCO半电池展现出卓越的循环稳定性：在1C（4.6 V截止电压）下循环700圈后仍有近150 mAh g-1的容量；经1000次循环仍具有73%的容量保持率。在2C下循环300圈后的容量保持率为80%，继续循环至500圈后，仍有114 mAh g-1的容量保持。生物质粘结剂的功能基团改性增强了高电压LiCoO2的稳定性，既促进了生物质资源的高价值利用，又为设计高能量密度电池提供了可行策略。第一作者：焦奥，叶湘宜。通讯作者：程德建*，邓永红*，王朝阳*。
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图 文 解 读
示意图1. 展示了CSAN粘结剂稳定4.6 V LCO正极的机制示意图。
图1. 粘结剂的理化性质。a) 粘结剂性能对比雷达图。b) FTIR。c) 拉伸性能。d) 粘度值。e) 剥离强度。f) 吸附能。g) 离子电导率。
图2. 电化学性能表征。a) LSV曲线。b) 1C循环性能。c) LCO-CSAN在1C下的GCD曲线。d) 第500次循环时的dQ/dV曲线。e) 倍率性能。f) CSAN粘结剂与此前报道的用于钴酸锂电池的粘结剂的倍率性能对比。g) 2C下的长期循环性能。
图3. 扩散动力学。a-b）LCO-CSAN和LCO-PVDF的CV曲线。c）峰值电流与扫描速率的平方根的拟合关系。d-f）充放电过程中的GITT曲线。
图4. 失效分析。a) 电极循环前/后XRD光谱；b) 电极循环前/后的拉曼光谱。c-d) 循环500次后电极的TEM图像。e-f) 循环后电极的O 1s光谱对比以及化学键含量柱状图；g-h) 循环后电极的C 1s光谱对比以及化学键含量柱状图。
图5. 电极界面动力学的演变。a-b) 原始和循环500次后电池的EIS。c, e) 原位EIS，d, f) 以及对应的DRT曲线。
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总 结 展 望
总结而言，本研究开发的氰乙基功能化壳聚糖粘结剂为稳定高压LCO正极提供了有效的分子平台。通过引入氰乙基，壳聚糖骨架被重塑为高极性动态配位网络，从而强化了与LCO的界面结合，加速锂离子传输，并显著抑制钴溶出和晶格氧释放。该配位作用在深度脱锂过程中保护了层状结构，同时抑制了阻抗性CEI膜的持续生长，使得循环过程中的阻抗增长大幅降低。得益于此集成化的分子设计，采用CSAN粘结剂的钴酸锂正极在4.6 V下展现出优异的长循环稳定性—1C倍率循环1000次后容量保持率达73%，并兼具出色的快充性能与高倍率性能。本文通过全面的结构、界面与动力学分析，阐明了功能性生物质衍生粘结剂如何直接调控高压界面化学。这些发现确立了氰基工程化天然聚合物作为实现实用化高能量密度快充锂离子电池的重要研究方向。
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文 章 链 接
Ao Jiao, Xiangyi Ye, Dejian Cheng*, Yong Zeng, Jingyuan Wang, Fei Song, Yonghong Deng*, Chaoyang Wang*, Cyanoethyl-functionalized chitosan binder enabling ultrastable and fast-charging 4.6 V LiCoO₂ cathodes, Chemical Engineering Journal,
https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173892
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