鋰硫電池因其高理論能量密度而備受關(guān)注。然而，硫的絕緣性、充放電過程中嚴(yán)重的體積變化以及多硫化物的“穿梭效應(yīng)”導(dǎo)致了鋰硫電池較差的倍率性能和容量衰減。目前，許多策略已被應(yīng)用于解決上述問題，如硫主體和正極結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、隔膜的改性、替代電解質(zhì)的研究和多功能粘結(jié)劑的制備等，在這些策略中，新型多功能粘結(jié)劑具有規(guī)模化應(yīng)用前景。 近日，華東理工大學(xué)的李春忠教授、王庚超教授團(tuán)隊(duì)通過分步乳液聚合，合成了一種由含磺酸鹽的硬彈性共聚物核和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)導(dǎo)電聚合物殼組成的水性導(dǎo)電粘結(jié)劑。當(dāng)該粘結(jié)劑干燥并觸發(fā)乳膠顆粒融合時(shí)，能夠形成雙連續(xù)的介觀互穿網(wǎng)絡(luò)，依靠富含極性基團(tuán)的彈性骨架以及可作為氧化還原介質(zhì)的共軛聚合物的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了具有突出電化學(xué)性能的硫正極。
在第一步乳液聚合獲得的乳液中進(jìn)一步加入3,4-乙烯二氧噻吩進(jìn)行原位聚合時(shí)，共聚物核表面的磺酸根能夠通過電荷偶極子作用在聚(3,4-乙烯二氧噻吩)鏈上誘導(dǎo)出正電荷，從而使聚(3,4-乙烯二氧噻吩)通過靜電作用吸附在乳液粒子表面，形成核殼結(jié)構(gòu)的深藍(lán)色離聚物復(fù)合乳液。 引入二次摻雜劑二甲基亞砜，通過其對(duì)共聚物核的塑化以及其與磺酸根鏈段間的氫鍵作用，誘導(dǎo)復(fù)合乳液發(fā)生介觀尺度上均勻的相分離，得到極性共聚物和導(dǎo)電聚合物交織的粘結(jié)劑網(wǎng)絡(luò)。 該粘結(jié)劑的共聚物骨架兼具可拉伸性和多硫化鋰捕獲能力，所復(fù)合的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)不僅能提高電荷傳輸還能夠作為氧化還原介質(zhì)加速多硫化鋰轉(zhuǎn)化，所制備的硫正極在倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性上有明顯優(yōu)勢。該研究為鋰硫電池硫正極用多功能粘結(jié)劑提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。 論文信息 A Conductive Binder Based on Mesoscopic Interpenetration with Polysulfides Capturing Skeleton and Redox Intermediates Network for Lithium Sulfur Batteries Dr. Wenqiang Wang, Ms. Lan Hua, Mr. Yifan Zhang, Prof. Gengchao Wang, Prof. Chunzhong Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202405920
