Small Methods:一举三得,利用多功能导电粘结剂提高锂-硫电池的电化学性能

利用单质硫作为正极材料的锂-硫电池,其材料理论比容量和电池理论比能量较高,远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g),并且单质硫具有价格低廉、环境友好等特点,是一种非常有前景的锂离子电池。但其商业化和大规模的应用主要受到三个问题的阻碍:(1)单质硫的电子导电性和离子导电性差,多硫化物(例如Li2S,Li2S2)也是电子绝缘体,严重限制了转化反应速率;(2)多硫化物溶解到有机电解液中,能在正负极之间进行迁移,导致活性物质硫损失,从而导致容量损失;(3)在循环过程硫正极的体积变化比较大,有可能导致正极颗粒的粉化和与导电网络之间的脱离,从而造成容量的衰减。因此,亟需开发一种简单高效的方法来优化锂-硫电池的性能,以推动锂-硫电池的商业化应用和工业生产。

针对上述问题,北京大学深圳研究生院潘锋教授和杨卢奕研究员课题组设计并合成了一种新型聚芴类交联型导电粘结剂(C-PF),由于其侧链上极性基团的存在,C-PF 能与多硫化物之间形成较强的结合,从而很大程度上抑制了多硫化物的穿梭效应,同时C-PF 具有比传统粘结剂(例如 PVDF)高得多的电子电导率(0.055 S/cm),将原有宏观电子导电网络(导电剂)进行延伸,在硫正极表面构建起微观局域的导电网络,以促进更快的电子传输。此外,C-PF本身的交联结构使得它具有优异的机械性能,可以在反复循环过程中保持电极的完整性,这些特性共同实现了锂-硫电池更好倍率和循环性能的表现。而这样通过粘结剂的设计达到“一石三鸟”的策略,有望在未来推动锂-硫电池的应用。

论文信息:

Suppressing Polysulfide Shuttling in Lithium–Sulfur Batteries via a Multifunctional Conductive Binder

Shiming Chen, Zhibo Song, Yuchen Ji, Kai Yang*, Jianjun Fang, Lu Wang, Zijian Wang, Yan Zhao, Yunlong Zhao, Luyi Yang*, Feng Pan*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202100839

链接:https://doi.org/10.1002/smtd.202100839