聚离子液体能作为锂硫电池的粘合剂？

2025-02-10 14:12:25 sh默尼 5

锂-硫(Li-S)电池是嵌入式锂离子电池(LIB)的替代品，与LIB的实验容量相比，硫的理论容量很高。但由于硫化学的复杂性，Li-S系统在商用电池中的应用仍在开发中。一般来说，硫物种在放电过程中会经历不溶-可溶-不溶的转变，在充电过程中也会发生类似的转变，这会导致阴极体积的膨胀收缩，损害其结构的稳定性。硫的还原产物有长链多硫化物(LCPS)和短链多硫化物(SCPS)。


为改善Li-S体系的性能，人们提出了三种方法：（1）设计能够改善电子接触的硫材料；（2）改进隔膜，以实现离子的选择性交换；（3）合成新型聚合物粘合剂来代替商业电池中的聚偏二氟乙烯(PVDF)。其中，离子聚合物作为粘合剂是实现高性能Li-S电池最有吸引力的替代方案。除了离子导电性，合成的聚合物还必须具有良好的机械性能和对多硫化物(PS)具有最佳的物理化学亲和力，从而减少或避免穿梭效应。因此，Li-S体系的粘合剂需要有-COO、-NH3和-OH等官能团，以通过静电相互作用限制PS。聚离子液体(PILs)具有多功能性，有研究者将其作为Li-S电池的粘合剂进行了电化学评估，在离子电导率、高阴极稳定性和相关机械性能方面具有显著优势。

基于此，来自墨西哥大都会自治大学的José Jarib Alcaraz-Espinoza团队使用（2-(丙烯酰氧)乙基）三甲基氯化铵(AETMAC)单体设计线性聚合物刷，末端的胆碱基团减少了咪唑(Iz+)和吡啶(Py+)基团的空间位阻和骨架刚性。此外，该团队还通过RAFT聚合控制聚合物分子量，并与TFSI进行阴离子交换得到PIL-TFSI，以提高系统的整体性能。

原文链接：

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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