Page 51 - 《精细化工》2020年第3期
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第 3 期                         邹树良，等:  锂硫电池功能化粘结剂的研究进展                                    ·469·


                 通常情况下，导电共轭聚合物具有良好的导电                              2016 年，PAN 等  [59] 利用 PAA 和 PEDOT:PSS 混
            性能，但刚性共轭链的脆性会降低其力学性能。2017                          合物作为锂硫电池水性粘结剂，利用二者不同官能
            年，XU 等    [49] 制备一种导电石墨烯氧化聚丙烯酸酯                    团的协同效应提高电池的比容量和改善循环稳定
            （GOPAA）复合粘结剂，该研究小组将还原氧化石                           性。在该体系中，PEDOT:PSS 具有传导作用，能够
            墨烯（rGO）纳米薄片引入 PAA 粘结剂中，显著提                         改善电子传输和抑制多硫化物的溶解。PAA 则具有
            高了硫电极的整体导电性和力学性能。此外，借助                             双重功能，在改善硫电极的溶剂体系的同时，还可
            PAA 中极性羧基对多硫化物的强亲和性，“穿梭效                           以提高锂离子的传输速率。当 PAA 和 PEDOT∶PSS
            应”得到了有效抑制。当 GO 质量分数为 1%时，硫                         的质量比为 2∶ 3 时，锂硫电池初始比容量为
            电极具有良好的电化学性能，0.5 C 时初始放电容量                         1121 mA·h/g，0.5 C 循环 80 次后比容量为 830 mA·h/g。
            为 820  mA·h/g，100 次循环后容量保持率为 77%，                  利用复合粘结剂制备的锂硫电池的电化学性能优于
            远高于 PAA 的 30%。                                     单一组分粘结剂的电化学性能。利用 PAA 作为粘结
            2.3.2    离子导电性                                     剂，吸收电解液后呈现凝胶状，并且电极片上的颗
                 锂离子的迁移速率能够直接影响硫的电化学反                          粒会变得疏松。放电过程中，硫化物发生还原反应
            应速率。具有离子传导能力的粘结剂（如具有磺酸                             扩散到外部电解液中，放电产物会覆盖在导电碳材
                     +
            基团的 Li -Nafion、PEO）可以促进离子的转移             [62-65] 。  料表面；放电过程中结构被破坏的导电碳和活性点
            提高粘结剂的溶胀性能和正极的吸液能力，同样也                             位的减少会导致不可逆沉淀层的形成，进而影响电
            可以促进正极材料对锂离子的捕获能力。                                 池的循环寿命。复合粘结剂 PAA/PEDOT:PSS 赋予
                                     +
                 2015 年，LI 等  [64] 将 Li -Nafion 与 PVP 和纳米      电极片良好的离子电导率和电子电导率，利用
            SiO 2 共混，制备锂硫电池用三组分复合粘结剂。该                         PEDOT:PSS 的官能团实现对多硫化物的高效吸附，
                             +
            复合粘结剂中，Li -Nafion 具有较高的离子电导率，                      延缓了中间产物在电解液中的扩散速率。在充放电
            提高了电极片的离子电导率，从而改善锂硫电池的                             过程中，复合粘结剂为可逆反应提供较多的反应活
            电化学性能，0.2 C 首次比容量为 1373 mA·h/g，5 C                 性点，能够抑制 Li 2 S/Li 2 S 2 的富集，从而改善电化学
            比容量为 470 mA·h/g。但这些复合粘结剂的各个组                       性能。由于 PEDOT:PSS 具有较强的成膜性且与电解
            分彼此独立不能实现功能的有机统一，导致为达到                             液亲和性较小，利用复合粘结剂制备的电极片表面
            理想粘结效果而增加复合粘结剂的使用量，牺牲电                             致密，活性物质不易暴露在电解液中，不同粘结剂
            池的比容量，不利于锂硫电池向轻薄化方向发展。                             的硫电极充放电结构示意图如图 8 所示。


















                    图 8    不同粘结剂硫电极的溶胀和充放电示意图：(a) PAA；(b) PAA/PEDOT:PSS；(c) PEDOT:PSS              [59]
              Fig. 8    Schematic diagram of the sulfur cathodes with different binders: (a) PAA; (b) PAA/PEDOT:PSS and (c) PEDOT:PSS [59]

                 改善活性物质与导电剂之间的电子接触可以显                          池不仅应考虑合理设计具有互补功能的聚合物粘结
            著提高锂硫电池中硫电极的电子转移，这是活性硫                             剂，还需考虑聚合物粘结剂的溶胀行为对电极结构
            快速转化的重要前提。同时电极片的吸液量可以有                             的影响。
            效降低离子的迁移阻力，提高锂离子的迁移速率，
            因此具有一定膨胀性能的粘结剂有望降低锂硫电池                             3    结论与展望
            电解液/硫的比例，提高电池的能量密度。但是，粘                                近年来，科学家们在锂硫电池多功能水性粘结
            结剂在电解液中膨胀度过大，易造成其在电解质中                             剂研究与开发方面取得了较大的发展，不断地丰富
            溶解，影响电极结构的稳定性。综上所述，锂硫电                             多功能水性粘结剂的理论基础，显著地拓展了其应
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