​ACS Energy Letters: 具有快速锂离子传输的二元粘结剂实现高质量负载无负极锂硫电池

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​ACS Energy Letters: 具有快速锂离子传输的二元粘结剂实现高质量负载无负极锂硫电池
为实现锂硫电池(LSBs)的实际可行性，开发先进的电极材料至关重要，该材料可以使用有限锂和贫电解质来实现高质量负载电池。
​ACS Energy Letters: 具有快速锂离子传输的二元粘结剂实现高质量负载无负极锂硫电池
在此，德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授团队设计了一种由聚环氧乙烷(PEO)与交联四聚体结合而成的二元粘结剂，该粘结剂具有较高的机械强度和电化学稳定性。紧密交织的粘结剂网络提高了PEO在醚基电解质中的结构可靠性，并提高了电极在循环过程中适应体积变化的弹性。
此外，由于其较强的聚硫吸附能力以及PEO基体和四聚体骨架中的多个锂离子传输通道，该粘结剂改善了负极-电解质的界面化学和硫的氧化还原动力学。
​ACS Energy Letters: 具有快速锂离子传输的二元粘结剂实现高质量负载无负极锂硫电池
图1.PEO-MHPP粘结剂的传导机制
总之，该工作提出了一种二元粘合剂，通过促进活性材料的利用并保护负极免受LiPS腐蚀，显着增强LSBs在高负载和贫电解质条件下的电池性能。理论模拟、纳米压痕和 7Li DOSY-NMR 分析表明，在不牺牲结构完整性的情况下，二元粘合剂可通过无定形 PEO 区域和四元聚合物骨架中的电负性区段提供连续路径，有效促进离子在纳米尺度上的快速传输。此外，XPS 分析表明，在 PEO-MHPP电池中，镍负极表面形成了强大的电子屏蔽和离子导电层。
因此，即使在质量负荷为 3.5 mg cm-2 和 E/Li2S 比率为 6 uL mg-1的无负极软包电池中，PEO-MHPP 仍能实现稳定运行。因此，该项工作中的粘合剂设计策略有望推动高能量密度 LSBs 的实际应用。
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图2.电池性能
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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