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為實(shí)現(xiàn)鋰硫電池(LSBs)的實(shí)際可行性，開發(fā)先進(jìn)的電極材料至關(guān)重要，該材料可以使用有限鋰和貧電解質(zhì)來實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量負(fù)載電池。

在此，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Arumugam Manthiram教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種由聚環(huán)氧乙烷(PEO)與交聯(lián)四聚體結(jié)合而成的二元粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)穩(wěn)定性。緊密交織的粘結(jié)劑網(wǎng)絡(luò)提高了PEO在醚基電解質(zhì)中的結(jié)構(gòu)可靠性，并提高了電極在循環(huán)過程中適應(yīng)體積變化的彈性。

此外，由于其較強(qiáng)的聚硫吸附能力以及PEO基體和四聚體骨架中的多個(gè)鋰離子傳輸通道，該粘結(jié)劑改善了負(fù)極-電解質(zhì)的界面化學(xué)和硫的氧化還原動(dòng)力學(xué)。

?ACS Energy Letters: 具有快速鋰離子傳輸?shù)亩辰Y(jié)劑實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量負(fù)載無負(fù)極鋰硫電池

圖1.PEO-MHPP粘結(jié)劑的傳導(dǎo)機(jī)制

總之，該工作提出了一種二元粘合劑，通過促進(jìn)活性材料的利用并保護(hù)負(fù)極免受LiPS腐蝕，顯著增強(qiáng)LSBs在高負(fù)載和貧電解質(zhì)條件下的電池性能。理論模擬、納米壓痕和 ⁷Li DOSY-NMR 分析表明，在不犧牲結(jié)構(gòu)完整性的情況下，二元粘合劑可通過無定形 PEO 區(qū)域和四元聚合物骨架中的電負(fù)性區(qū)段提供連續(xù)路徑，有效促進(jìn)離子在納米尺度上的快速傳輸。此外，XPS 分析表明，在 PEO-MHPP電池中，鎳負(fù)極表面形成了強(qiáng)大的電子屏蔽和離子導(dǎo)電層。

因此，即使在質(zhì)量負(fù)荷為 3.5 mg cm^-2 和 E/Li₂S 比率為 6 uL mg^-1的無負(fù)極軟包電池中，PEO-MHPP 仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，該項(xiàng)工作中的粘合劑設(shè)計(jì)策略有望推動(dòng)高能量密度 LSBs 的實(shí)際應(yīng)用。

圖2.電池性能

High-Mass-Loading Anode-Free Lithium–Sulfur Batteries Enabled by a Binary Binder with Fast Lithium-Ion Transport, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01395

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