港理工郑子剑AEM：新浆料涂层策略，实现560 Wh/kg锂硫电池！

实现高性能的厚S正极是实现高能量密度的锂硫（Li-S）电池的一个关键方式。然而，获得具有高质量负载的高性能S正极通常需要复杂和耗时的制备过程。另一方面，用高速浆料涂层方法制备的厚S正极由于不可预测的电极裂纹而显示出较差的柔韧性、容量和循环寿命。

香港理工大学郑子剑等开发了一种工业化速度控制的浆料涂层方法，在S正极上产生马赛克式的裂纹，它一方面提供了垂直通道以促进电解液的快速扩散，另一方面提供了足够的空间以适应循环过程中的体积膨胀，从而提供应变释放结构以实现高弹性。

图1. S正极的裂纹控制浆料涂层

裂纹控制机制是基于导电织物的编织结构上的表面张力差异。当液态浆料涂在上面时，由于较高的表面张力，它优先钉在导电织物的纬纱和经纱的突出交错位置上。

因此，在随后的干燥过程中，相邻的交错位置之间会形成微裂缝，在浆料的适当粘度下，会产生跟随织物模板的马赛克状裂缝结构。

这些预先形成的微裂缝提供了自由空间，以适应活性材料的体积膨胀，有利于电解液的深度渗透和改善离子传输，并在弯曲过程中限定电极的稳定断裂模式。

因此，在重复弯曲和电化学循环测试中，Mosaic-S拥有稳定的电极形态、强粘附性、高倍率和长寿命。

图2. Li-S电池的循环性能

结果，通过采用Mosaic-S，这项工作展示了一种高面积容量超过8.6 mAh cm^-2和高能量密度为560 Wh kg^-1（480 Wh L-1）的Li-S电池。

此外，与柔性锂金属负极相结合，作者还展示了一个高度柔性的Li-S电池，它可以在任意方向上弯曲，并且在5毫米的小弯曲半径下的7800次连续弯曲中显示出可忽略的充放电电压曲线变化。

这项工作为在不久的将来实现高性能S正极的可扩展制备铺平了道路。

图3. 柔性电池性能

Cracking-Controlled Slurry Coating of Mosaic Electrode for Flexible and High-Performance Lithium–Sulfur Battery. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202203621

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