近日,中國江蘇省蘇州大學鋰硫電池能源與材料創新研究院(oochow Institute for Energy and Materials Innovations for Lithium-sulfur Batteries)的研究人員為鋰硫電池研發了一種單鋰離子通道聚合物粘結劑。此種新型粘合劑具有單一的鋰離子通道,在允許快速運輸鋰離子的同時,能阻止多硫化物陰離子在電解液中運動,進而可以有效解決了鋰硫電池容量衰減的問題。
鋰硫電池因具備高比容量(1675 mAh g-1)和高能量密度(2600 Wh kg-1)的特點,而被公眾認為是未來理想的能源之一。但是,在充放電迴圈中,鋰硫電池中的多硫化物會在電解液中擴散,從而導致硫陰極結構發生明顯變化,容量下降嚴重,因而成為限制鋰硫電池商業化應用的主要因素之一。
聚合物粘結劑是電極的重要組成部分,起著粘結活性材料的作用,關係到電池的性能。但隨著人們對電池產品性能要求的不斷提高,傳統的粘結劑已經無法滿足新一代電池的要求。比如,PVDF粘結劑的鋰離子電導率低、機械穩定性差,幾乎無法抑制多硫化物的穿梭,從而限制了鋰硫電池的應用。
為此,蘇州大學的科學家們設計了一種單鋰離子通道聚合物粘結劑,能高效彌補PVDF粘結劑的不足。他們通過在鋰硫電池充放電迴圈中即時監測電解液中多硫化物的濃度,以及容量存留的情況,證實了新型粘合劑對鋰硫電池的效果,即能夠有效地阻止多硫化物的穿梭。
此外,新型粘結劑具備良好的粘結性能和機械穩定性,在充放電迴圈後,保持了硫化物陰極的結構完整性。所以,具備單鋰離子通道的聚合物粘結劑被認為是實現高能量鋰硫離子電池的最有效策略之一。