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麥立強(qiáng)/孫睿敏AFM：用于低成本和高性能鋰硫電池的水溶性交聯(lián)功能粘結(jié)劑

粘結(jié)劑在電池系統(tǒng)中起著重要的作用。鋰硫（Li-S）電池由于硫的大體積變化和穿梭效應(yīng)，循環(huán)性能較差。

武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）孫睿敏等人利用明膠與硼酸的交聯(lián)作用，制備了一種新型水溶性功能粘結(jié)劑（GN-BA）。

這種優(yōu)良的粘結(jié)劑能有效地保持集成電極的穩(wěn)定性，緩沖體積變化，防止活性物質(zhì)從集流體上脫落，并通過化學(xué)鍵合固定多硫化物。該粘結(jié)劑中的硫電極還具有松散堆積的多孔結(jié)構(gòu)，有利于電解質(zhì)的滲透和離子的快速擴(kuò)散。

圖1 作用機(jī)理及結(jié)構(gòu)表征

X射線光電子能譜、紫外-可見光譜和密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步驗(yàn)證了該粘結(jié)劑可以通過形成B-O-Li、C-O-Li和C-N-Li化學(xué)鍵來錨定多硫化物。結(jié)果，在0.5 C下，可以獲得980 mAh g^-1的高初始容量，高于使用傳統(tǒng)聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑的硫正極。

當(dāng)硫負(fù)載量高達(dá)5.0 mg cm^-2時(shí)，實(shí)現(xiàn)了5.7 mA h cm^-2的高面積比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。該研究為構(gòu)建先進(jìn)的粘結(jié)劑提出了一種經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的策略，并促進(jìn)了高能鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。

圖2 電化學(xué)性能

Water-Soluble Cross-Linking Functional Binder for Low-Cost and High-Performance Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202104858

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