胡方圆Nano Energy：动态交联的聚合物粘结剂改善锂硫电池的安全和电化学性能

由于体积变化大、多硫化锂穿梭、离子传导性差和安全问题，锂硫（Li-S）电池的商业应用受到严重阻碍。特别是在贫电解液和高硫负载的情况下，体积的急剧变化和缓慢的离子传输效率可能会导致快速的容量衰减、低可逆容量，甚至是安全隐患。

大连理工大学胡方圆等巧妙地设计了一种动态交联的两性离子超分子粘结剂（β-CDp-Cg-2AD）来应对这些问题。双亲性两性离子有助于固定多硫化锂，并通过强的离子偶极相互作用促进多硫化物的氧化还原动力学，同时实现PO₄^–-Li⁺和RNH₃⁺-S₄^2-对的形成和电子转移。

此外，基于主客体相互作用的动态交联系统使坚固的正极能够承受体积变化，并为Li⁺的传输提供相对较低的交联密度。另外，结合丰富的氧杂原子和类聚醚链段，通过β-CDp-Cg-2AD电极中聚合物链的热运动，进一步提高了Li⁺传输效率。

图2 氧化还原动力学研究

受益于这些特性，即使在7.36 mg cm^-2的高S负载和7.1 µL mg^-1的贫电解液条件下，β-CDp-Cg-2AD基电极也能保持7.60 mAh cm^-2的高面积比容量和100次循环后96%的容量保持。

此外，通过TG-FTIR测试，作者还探讨了β-CDp-Cg-2AD的阻燃机制，结果显示其防火安全性的提高。这项工作不仅为实际应用提供了一个高性能和安全改进的粘结剂，而且将激发对所有电极成分阻燃机制的探索。

图3 Li-S电池性能

Dynamic Cross-Linking of Zwitterionic Polymer Binder Based on Host–Guest Interactions for Li-S batteries with Enhanced Safety and Electrochemical Performance. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108603