崔光磊/张焕瑞ACS Energy Lett.：双网络电极粘合剂在锂硫电池中的应用

锂硫（Li-S）电池因其高能量密度而被广泛认为是最有前途的下一代储能设备之一。然而，在实际应用之前，S正极的巨大体积变化和循环过程中的多硫化物穿梭造成的快速容量衰减问题仍有待有效解决。

在此，中国科学院青岛生物能源与生物过程研究所崔光磊研究员、张焕瑞团队开发了一种响应网络/充填网络混合（RCB）粘结剂，以解决锂硫电池的瓶颈问题。所开发的粘结剂是通过将透明质酸（HA）水溶液和油性溶液与基于四唑基团的聚丙烯腈和聚乙二醇二叠氮化物共聚物简单混合而制备的。

含有疏水系四氮唑基团的聚合物（称为 PCP）在混合溶液中凝结，形成亚微米级的不规则球形域，作为类似肌丝的束缚网络，而水溶性 HA 则构建了模仿骨骼肌筋膜的响应网络；同时，所形成的响应网络可通过离子键与 PCP 连接，协调束缚网络之间的作用力。RCB 粘结剂具有优异的机械匹配和粘结性能，因此能有效适应 S正极的巨大体积变化。此外，丰富的极性基团（如羧基、酰胺基、氰基和四唑基）使 RCB 粘结剂能够通过强大的锚定效应有效捕获多硫化锂。

图1. RCB 粘结剂在经历应力加载/卸载时的双重网络结构示意图

总之，该工作开发出了一种骨骼肌启发的双网络粘结剂，可用于实用的Li-S 电池。所开发的粘结剂是通过简单地混合 HA 水溶液和 PCP 油性溶液而制备的。研究表明，疏水系五氯苯酚聚合物在混合溶液中凝结，主要形成亚μm大小的不规则球形域，作为类似肌丝的束缚网络，而水溶性 HA 的设计则模仿了骨骼肌的筋膜；同时，双网络之间形成离子键，有利于协调双网络之间的力/变形。

得益于这种仿生设计，RCB 粘结剂具有优异的机械匹配性和粘结性，因此可以适应 S 正极的巨大体积变化。此外，RCB 粘结剂还能通过强大的锚定效应有效捕获多硫化锂。因此，使用有限的 RCB 粘结剂用量（占整个电极薄膜重量的 5 wt %）组装的Li-S 电池在循环和速率性能方面都有显著改善，即使在高 S 负载的情况下也能获得优异的电池性能。

图2. 电池性能评估

Dual Network Electrode Binder toward Practical Lithium–Sulfur Battery Applications, ACS Energy Letters, 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01038

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