背景介绍

拓展造纸副产物木质素在锂/钠离子电池中的应用对提高其附加值，减少碳排放意义重大。近日，青岛大学王世超副教授联合东华大学朱美芳院士团队基于化学结构、成型方法和产品性能间的关系综述了木质素在锂/钠离子电池电极、粘结剂、电解质和隔膜中的应用进展，旨在为生物基材料在储能器件中的应用提供一些见解和思路。

图 1. 木质素在锂/钠离子电池中的应用。

图文解读

1. 木质素的结构演变历程

木质素经分离与纯化、化学结构改性、加工成型设计及预氧化和碳化工艺调控后可制备木质素基碳材料，其中预氧化和碳化过程中木质素的化学结构演变历程对其最终碳材料的性能影响重大。本论文基于化学结构与石墨微晶结构间的关系，综述了热环境下木质素化学键断裂和重组的过程，阐述了其结构演变历程。

图2. 木质素在预氧化和碳化过程中的结构演变历程。

2. 木质素基碳材料的制备方法

经加工成型方法设计可实现不同纬度、不同尺度、不同形貌和不同结构的木质素基碳材料的可控制备，而纬度、尺度、形貌和结构等因素对木质素基碳材料的性能影响较大。本论文综述了木质素基碳微球、碳纤维和碳薄膜等成型加工方法，其中着重介绍了木质素纤维及薄膜的加工方法。

图 3. 木质素基碳材料的制备工艺。

3. 木质素基碳材料在锂/钠离子电池中的应用

木质素基碳材料由于具有孔洞结构丰富，导电性能良好，类石墨微晶结构层间距大等优点而在锂/钠离子电池负极领域颇受关注。本文综述了不同纬度和不同微观结构的木质素基碳材料及其复合材料在锂/钠离子电池负极中的应用，旨在通过性能对比为木质素基锂/钠离子电池负极的设计提供思路。此外，本文还基于分子间的相互作用及木质素与离子间的作用综述了木质素在粘结剂、隔膜和电解液中的应用。

总结与展望

木质素独特的分子结构、丰富的苯环和功能基团、经济性以及可再生性使得其成为锂/钠离子电池电极、粘结剂、隔膜和电解质的理想候选材料。尽管取得了一些进展，但真正实现木质素及其衍生物在锂/钠离子电池中的应用仍有较长路需要走：（1）木质素化学结构与其碳材料微晶结构间的关系尚不清楚；（2）木质素的预氧化工艺有待进一步优化；（3）木质素在粘结剂、隔膜和电解质中的应用有待深入研究；（4）木质素“预嵌”元素对电池性能的影响值得关注，特别是木质素中的钠元素对钠离子电池首周库仑效率的影响。

原文信息

本文以“Research progress of lignin-derived materials in lithium/sodium ion batteries”为题在Green Energy & Environment期刊在线发表，通讯作者为青岛大学王世超副教授。

扫码获取全文

https://doi.org/10.1016/j.gee.2024.05.001

撰稿：原文作者

编辑：GEE编辑部