近日，我校化学学院兰亚乾教授和陈宜法教授在锂硫电池粘结剂领域取得了重要研究进展，相关成果在材料学顶级期刊《Advanced Materials》上发表题为“In-Situ Interweaved High Sulfur Loading Li-S Cathode by Catalytically Active Metalloporphyrin Based Organic Polymer Binders”的研究论文（Advanced Materials, 2022, DOI: 10.1002/adma.202208846）。论文第一作者为我校2020级硕士生姚晓曼，兰亚乾教授和陈宜法教授为通讯作者，我校是该论文的第一完成单位。该研究受到了国家自然科学基金项目的支持。
锂硫电池以其优异的理论比能量（2567 Wh kg-1）和容量（1675 mAh g-1）成为最有前途的储能系统。尽管如此，Li-S电池仍然存在一些缺点，例如众所周知的多硫化锂（LiPSs）穿梭以及体积膨胀破坏电极结构完整性等问题，导致电池的电化学性能不理想。目前，一些研究人员提出了通过“四高”（“4H”）和“四低”（“4L”）标准来评价锂硫电池的适用性，其中4H是指容量值> 1200 mAh g-1，mSL > 8 mg cm-2，RCathode > 70 wt%，库仑效率 > 99.9%，4L表示孔隙率 < 60%，RN/P < 3, RE/S < 3 µL mg-1和最少的非活性物质。为了达到这些高标准，锂硫电池的每一个部件都需要进行全面系统的设计。作为电极中的一种相对次要的组分，在正极中大多仅占 <10 wt% 的粘结剂在一定程度上对锂硫电池的性能改善起决定性作用。理想的锂硫电池粘结剂除了基本粘结性能之外，还应更好地表现出更多先进的功能，如LiPSs吸附/催化或Li+跳跃/传输。因此，设计满足高标准的新型多功能聚合物粘结剂来代替PVDF用于下一代Li-S电池将是非常必要的。
在该工作中制备了一系列基于金属卟啉的有机聚合物（M-COP，M = Mn，Ni和Zn）粘结剂并探索了Li-S电池正极原位编织策略。基于Mn-COP/CNT/S的电池在1 C下提供1027 mAh g-1的初始比容量，在2 C下提供913 mAh g-1的初始比容量，以及在4 C下超过1000次循环的优异循环稳定性（0.064%每次循环衰减）。此外，该电池在8.1 µL mg-1的低E/S比下表现出1029.9 mAh g-1的高比容量，并且即使在E/S比降低至5.8 µL mg-1，基于Mn-COP/CNT/S的电池还能够实现8.6 mg cm-2的高硫负载，其中在0.1 C下获得的初始面积容量和比容量可以分别高达7.8 mA h cm-2和909.8 mA h g-1
这项工作为Li-S电池高性能粘结剂的开发提供了参考。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202208846
课题组主页：http://www.yqlangroup.com
作者/通讯员:化学学院 | 来源:化学学院 | 编辑:杨柳青
