由于體積變化大、多硫化鋰穿梭、離子傳導(dǎo)性差和安全問題，鋰硫（Li-S）電池的商業(yè)應(yīng)用受到嚴(yán)重阻礙。特別是在貧電解液和高硫負(fù)載的情況下，體積的急劇變化和緩慢的離子傳輸效率可能會(huì)導(dǎo)致快速的容量衰減、低可逆容量，甚至是安全隱患。

大連理工大學(xué)胡方圓等巧妙地設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)交聯(lián)的兩性離子超分子粘結(jié)劑（β-CDp-Cg-2AD）來應(yīng)對(duì)這些問題。雙親性兩性離子有助于固定多硫化鋰，并通過強(qiáng)的離子偶極相互作用促進(jìn)多硫化物的氧化還原動(dòng)力學(xué)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)PO₄^–-Li⁺和RNH₃⁺-S₄^2-對(duì)的形成和電子轉(zhuǎn)移。

此外，基于主客體相互作用的動(dòng)態(tài)交聯(lián)系統(tǒng)使堅(jiān)固的正極能夠承受體積變化，并為Li⁺的傳輸提供相對(duì)較低的交聯(lián)密度。另外，結(jié)合豐富的氧雜原子和類聚醚鏈段，通過β-CDp-Cg-2AD電極中聚合物鏈的熱運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步提高了Li⁺傳輸效率。

圖2 氧化還原動(dòng)力學(xué)研究

受益于這些特性，即使在7.36 mg cm^-2的高S負(fù)載和7.1 μL mg^-1的貧電解液條件下，β-CDp-Cg-2AD基電極也能保持7.60 mAh cm^-2的高面積比容量和100次循環(huán)后96%的容量保持。

此外，通過TG-FTIR測(cè)試，作者還探討了β-CDp-Cg-2AD的阻燃機(jī)制，結(jié)果顯示其防火安全性的提高。這項(xiàng)工作不僅為實(shí)際應(yīng)用提供了一個(gè)高性能和安全改進(jìn)的粘結(jié)劑，而且將激發(fā)對(duì)所有電極成分阻燃機(jī)制的探索。

圖3 Li-S電池性能

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