中南民族大学杨应奎/佐治亚理工学院林志群Adv. Sci.：用于锂硫电池的聚合物

锂硫电池（LSBs）由于其超高的能量密度、成本效益和环境友好性，作为便携式电子产品和电动汽车的下一代电源之一，前景广阔。然而，由于硫及其中间体的电子绝缘、严重的穿梭效应、大体积变化以及锂枝晶的不可控形成，阻碍了它们的实际应用。在过去几十年中，通过改进电极、电解液、隔膜和粘结剂，开发了许多开创性的策略来解决这些问题。

值得注意的是，聚合物由于其结构设计性、功能多样性、优异的化学稳定性和可加工性，可以很容易地应用于所有这些方面。此外，其重量轻且资源丰富的特点使得以低成本生产具有高体积能量密度的LSBs成为可能。

中南民族大学杨应奎、美国佐治亚理工学院林志群等对LSBs中新兴聚合物的突破和未来前景进行了总结。重点关注LSBs各组分中聚合物的最新应用，强调其特定功能的内在机制。该综述全面概述了用于LSBs的最新聚合物，提供了解决关键挑战的深入见解，并为研究电化学能源系统的研究人员提供了重要资源。

图1 聚合物在应对当前锂硫电池挑战中的多功能作用

考虑到上述挑战，LSBs实际应用的进一步探索应集中在以下几个方面：首先，作为核心组分的硫正极对LSBs的电化学性能起着决定性的作用。对于电活性有机硫聚合物，其硫含量、多硫化物（LiPS）捕获能力和结构稳定性仍需通过多硫化物链长、功能性连接体、极性基团、杂原子掺杂、共轭效应和拓扑结构的分子工程进一步提升。

S-cPAN可能是最有希望成功应用的含硫聚合物，但对其确切的分子结构、反应机理以及电解质的影响仍需进一步研究。因此，可以将原位表征技术和理论研究相结合，通过监测放电/充电过程中有机硫聚合物的结构和形态演变，深入了解电池化学。

此外，还应考虑开发可控、低成本、大规模的合成方法。至于聚合物基硫载体，未来的工作可以集中在聚合物的分子工程和多组分纳米结构的构建上，以加强LiPS捕获、增强动力学和提高硫含量。同时，可能需要在聚合物基载体中加入导电碳来提高硫正极的电子导电性。

图2 用于锂硫电池的聚合物正极

其次，除了硫正极外，提高电化学性能还取决于粘结剂和隔膜。对传统粘结剂（例如，引入极性基团和增加附着力）和多功能隔膜（例如，调节孔径和加入极性基团）进行适当修饰，探索正极和隔膜之间设计良好的聚合物阻挡层，也有望有效抑制穿梭效应。

最后，开发具有高离子导电性、优异的机械/化学稳定性和良好的界面接触性的聚合物电解质被认为是完全克服多硫化物溶解的最有希望的途径。

图3 用于锂硫电池的聚合物粘结剂

Polymers in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103798

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中南民族大学杨应奎/佐治亚理工学院林志群Adv. Sci.：用于锂硫电池的聚合物

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