Page 137 - 《精细化工》2023年第12期

第 12 期 王天宇，等: 一种水性多功能黏结剂对锂硫电池性能的影响 ·2679·

图 4 是分别以 PVDF、SA、PEI 和 SAPEI-64 为
黏结剂的锂硫电池在 0.2 C 倍率下第 100 圈的充放
电曲线。图中的 4 条曲线均有两个放电平台，对应
于放电过程中单质硫的两步还原过程。相比于
PVDF 黏结剂、SA 黏结剂和 PEI 黏结剂，SAPEI-64
黏结剂制备的硫正极有更长的放电平台，经过 100
圈循环后放电比容量为 662 mA·h/g，并且采用
SAPEI-64 黏结剂的电池具有更小的极化电压，表明
其具有更快的氧化还原动力学。这可能是由于

SAPEI-64 黏结剂对溶解在电解质中的多硫化物具 图 5 分别以 PVDF、SAPEI-64、SA 及 PEI 为黏结剂的
有很好的化学亲和力，易溶于电解液的多硫化物， 锂硫电池的 CV 曲线
能够在正极区域被固定，并完全还原为 Li 2 S/LiS， Fig. 5 CV curves of lithium-sulfur batteries with PVDF,
SAPEI-64, SA and PEI as binders, respectively
所以氧化还原反应快，电化学稳定性更高。而 PVDF
黏结剂、SA 黏结剂和 PEI 黏结剂对多硫化物的吸附 图 6 是分别以 PVDF、SA、PEI 和 SAPEI-64 为
能力较弱，导致在循环时多硫化物穿梭效应严重 [20] ， 黏结剂的锂硫电池频率范围在 0.01~100 kHz 的交流
造成了活性物质的流失以及电池极化的增大。 阻抗谱和等效电路模型，R e 为由电解质电阻，Ω；
R ct 为界面电荷转移电阻，Ω；CPE 为代替电容的恒
相元件；W o 为锂的多硫化物扩散引起的韦伯阻抗，
Ω。图 6 中的 4 条曲线均由高频区的半圆及低频区
的倾斜直线构成。低频区直线与锂离子在电池内部
固相活性物质的扩散有关，而电荷迁移电阻主要从
阻抗谱中高频段半圆表现出来 [22] 。从图 6 可以看出，
使用 SAPEI-64 作为黏结剂的电池的阻抗较小，说明
以 SAPEI-64 为黏结剂的硫正极在循环的过程中能
提供有效的电子导电网络及稳定的界面结构。这是
因为，SAPEI- 64 黏结剂的交联网络结构能够维持硫

图 4 分别以 PVDF、SAPEI-64、SA 及 PEI 为黏结剂的 和导电剂的稳定接触。
锂硫电池在 0.2 C 倍率下的充放电曲线
Fig. 4 Charge and discharge curves of lithium-sulfur batteries
with PVDF, SAPEI-64, SA and PEI as binders at 0.2 C
rate, respectively

为了进一步研究 SAPEI-64 锂硫电池的电化学
性能，进行了 CV 测试，结果见图 5。如图 5 所示，
4 种黏结剂的 CV 曲线均显示出锂硫电池的氧化还
原特征峰。两个还原峰对应单质硫（ S 8 ）被还原为
长链多硫化物及将长链多硫化物还原为短链多硫化
物，最终得到 Li 2 S 的过程。一个氧化峰对应 Li 2S 6 逐

渐被氧化成多硫离子，并最终转化为 S 8 的过程 [21] 。 图 6 分别以 PVDF、SAPEI-64、SA 及 PEI 为黏结剂的
相比于 PVDF 黏结剂，SA 黏结剂制备的硫正极氧化 锂硫电池的 EIS 曲线
峰和还原峰的电位差较小，而 PEI 黏结剂制备的硫 Fig. 6 EIS curves of lithium-sulfur batteries with PVDF,
SAPEI-64, SA and PEI as binders, respectively
正极氧化峰与还原峰电位差较大，说明 SA 黏结剂
制备的硫正极在循环过程中具有较小的极化。与 2.3 黏结性能和极片结构稳定性分析
PVDF、SA、PEI 黏结剂制备的硫正极相比，SAPEI-64 为了进一步研究 PVDF、SA、PEI 和 SAPEI-64
黏结剂制备的硫正极氧化电流峰值更大，氧化还原 黏结剂的黏结性能，通过 180°剥离实验对它们的黏
峰更尖锐清晰，且氧化峰和还原峰的电压差更小， 结力进行了表征，结果见图 7。黏结剂优异的黏结
表明以 SAPEI-64 黏结剂制备的硫正极具有更快的 性能也可以进一步提高硫正极的电化学性能。如图
氧化还原反应和更高的电极反应活性。 7 所示，SAPEI-64 黏结剂表现出优异的黏结性能，