朱俊武/付永胜AFM：用于锂硫电池的阻燃、自愈、高导电性、极性粘结剂！

Li-S电池由于其超高的理论能量密度、低廉的材料成本和优异的环境友好性，已成为一种极具发展前景的电化学储能装置。然而，仍有一些棘手的障碍需要解决，包括多硫化锂（LiPs）的穿梭、硫正极的体积膨胀等。因此，开发一种能够同时实现高电化学性能和安全要求的有效策略非常关键。

为此，南京理工大学朱俊武教授、付永胜教授等人通过自由基聚合方法制备了一种具有自愈性、阻燃性、高导电性和丰富极性基团的多功能粘结剂并将其应用于Li-S电池，以同时实现高安全性和优异的电化学性能。其中，作者首先将甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚丙二醇-600（PPG-600）、4,4-二硫代二苯胺（DTDA）以5:3:2的进料摩尔比进行缩聚反应合成线型聚合物HCP，然后加入六氯环三磷腈（HCCP）生成交联结构和强度增强的FHCP粘结剂。

研究表明，FHCP粘结剂不仅可将电极材料紧密粘结在一起，还可通过超分子相互作用修复体积膨胀和收缩引起的裂纹，从而提高电极的稳定性。同时，FHCP粘结剂对LiPs具有很强的化学吸附作用和优异的电荷转移行为，可有效抑制穿梭效应并改善氧化还原动力学。甚至，FHCP粘结剂的阻燃性能还显著提高了Li-S电池的安全性。

图1. FHCP的合成、结构及表征

因此，采用FHCP粘结剂的Li-S电池具有出色的循环稳定性（在0.2 C下循环100次后容量保持率高达85%）和出色的倍率性能（798.3 mAh g^-1@3.0 C），而使用PVDF和HCP粘结剂的Li-S电池在0.2 C下循环100次后的容量保持率分别为69% 和78%。值得注意的是，采用FHCP粘结剂的Li-S电池的电化学性能优于采用 HCP的Li-S电池，这可能是由于引入了HCCP并通过二者之间的交联作用形成了3D FHCP网络。

此外，即使在硫负载为4.72 mg cm^-2和相应的贫电解液条件下（E/S比=6 μL mg^-1），该电池在0.1C时仍表现出高达5.25 mAh cm^-2的可逆面积比容量。总之，该多功能粘结剂制备工艺简单、性能优异，对Li-S电池的商业化应用具有重要的指导和参考意义。

图2. 采用FHCP粘结剂的Li-S电池的电化学性能

Synergism of Flame-Retardant, Self-Healing, High-Conductive and Polar to a Multi-Functional Binder for Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202205031

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朱俊武/付永胜AFM：用于锂硫电池的阻燃、自愈、高导电性、极性粘结剂！

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