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聚離子液體能作為鋰硫電池的粘合劑？

2025-02-10 14:12:25 sh默尼 5

鋰-硫(Li-S)電池是嵌入式鋰離子電池(LIB)的替代品，與LIB的實(shí)驗(yàn)容量相比，硫的理論容量很高。但由于硫化學(xué)的復(fù)雜性，Li-S系統(tǒng)在商用電池中的應(yīng)用仍在開(kāi)發(fā)中。一般來(lái)說(shuō)，硫物種在放電過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷不溶-可溶-不溶的轉(zhuǎn)變，在充電過(guò)程中也會(huì)發(fā)生類似的轉(zhuǎn)變，這會(huì)導(dǎo)致陰極體積的膨脹收縮，損害其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。硫的還原產(chǎn)物有長(zhǎng)鏈多硫化物(LCPS)和短鏈多硫化物(SCPS)。


為改善Li-S體系的性能，人們提出了三種方法：（1）設(shè)計(jì)能夠改善電子接觸的硫材料；（2）改進(jìn)隔膜，以實(shí)現(xiàn)離子的選擇性交換；（3）合成新型聚合物粘合劑來(lái)代替商業(yè)電池中的聚偏二氟乙烯(PVDF)。其中，離子聚合物作為粘合劑是實(shí)現(xiàn)高性能Li-S電池最有吸引力的替代方案。除了離子導(dǎo)電性，合成的聚合物還必須具有良好的機(jī)械性能和對(duì)多硫化物(PS)具有最佳的物理化學(xué)親和力，從而減少或避免穿梭效應(yīng)。因此，Li-S體系的粘合劑需要有-COO、-NH3和-OH等官能團(tuán)，以通過(guò)靜電相互作用限制PS。聚離子液體(PILs)具有多功能性，有研究者將其作為Li-S電池的粘合劑進(jìn)行了電化學(xué)評(píng)估，在離子電導(dǎo)率、高陰極穩(wěn)定性和相關(guān)機(jī)械性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

基于此，來(lái)自墨西哥大都會(huì)自治大學(xué)的José Jarib Alcaraz-Espinoza團(tuán)隊(duì)使用（2-(丙烯酰氧)乙基）三甲基氯化銨(AETMAC)單體設(shè)計(jì)線性聚合物刷，末端的膽堿基團(tuán)減少了咪唑(Iz+)和吡啶(Py+)基團(tuán)的空間位阻和骨架剛性。此外，該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)RAFT聚合控制聚合物分子量，并與TFSI進(jìn)行陰離子交換得到PIL-TFSI，以提高系統(tǒng)的整體性能。

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X24043329

原文作者：

Arturo Hernández-Sánchez, José Jarib Alcaraz-Espinoza, Claude St Thomas, Enrique Jiménez-Regalado, Alfonso Mayrén, Ignacio González, and Guadalupe Ramos Sánchez

DOI: 10.1016/j.est.2024.114746


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