化学修饰木质素制备高性能钠离子电池硬碳负极材料

《International Journal of Biological Macromolecules》：Chemically modified lignin toward high-performance hard carbon anodes in sodium-ion batteries

这篇研究通过化学修饰策略，在木质素分子上嫁接低键能含氮基团（季铵/酰胺基），调控其热解行为，显著提升硬碳(Hard Carbon)的闭孔体积（0.225→0.289 cm3 g?1）和钠离子存储性能（容量达367 mAh g?1，平台容量262 mAh g?1），为生物质衍生硬碳负极在钠离子电池(SIBs)中的应用提供了创新方法。

　　

亮点

本研究提出了一种通过化学修饰木质素分子来调控硬碳闭孔形成过程的创新策略。通过嫁接低键能含氮基团（如季铵和酰胺基），有效降低了木质素的热稳定性，促进热解气体释放，从而增加硬碳中短程无序石墨烯纳米域的比例。这种微观结构演变显著提升了闭孔体积和钠离子存储性能。

ALHC、AOLHC和QLHC的表征

实验采用的碱木质素(AL)经氨氧化和季铵化反应分别转化为氨氧化木质素(AOL)和季铵化木质素(QAL)，产率高达95%和93%（基于AL）。在1400°C碳化温度下，这些修饰后的木质素成功转化为具有优化结构的硬碳材料。

结论

通过化学修饰工业碱木质素，引入含氮功能基团（季铵/酰胺基），利用其低键能特性在热解过程中释放额外气体，增加了硬碳中短程无序碳的比例。这种微观结构调控使木质素衍生硬碳的闭孔体积显著提升，最终实现了优异的钠离子存储性能（如季铵化样品容量达367 mAh g^?1）。该策略为设计高性能生物质硬碳负极提供了新思路。