硫是一種安全、無(wú)毒、廉價(jià)且天然儲(chǔ)量豐富的材料，與其他材料相比，它能夠以較低的成本儲(chǔ)存能量，因此在鋰硫電池中發(fā)揮著重要作用。盡管鋰硫電池的這些突出特點(diǎn)很有吸引力，但要使其實(shí)際容量與其理論值相匹配，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

圖1 材料制備及作用示意

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院Il-Doo Kim、江西師范大學(xué)侯豪情、南京林業(yè)大學(xué)蔣少華等首次提出了基于PEO（聚環(huán)氧乙烷）/LiFSI（雙氟磺酰亞胺鋰）/PVDF（聚偏氟乙烯）（PLP）的凝膠聚合物電解質(zhì)涂層在碳納米管（CNTs）基硫正極上的應(yīng)用，以提升鋰硫電池的性能。研究顯示，PL涂層與鋰鹽形成絡(luò)合物，有效抑制了Li₂S_x（x > 4）在高DN（古特曼供體數(shù)）PEO中的溶解，并豐富了反應(yīng)位點(diǎn)。

此外，在PLP凝膠中使用低DN PVDF可促進(jìn)元素硫轉(zhuǎn)化為固體Li₂S₂/Li₂S，而不會(huì)形成中間產(chǎn)物，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了穿梭效應(yīng)的抑制。另外，通過(guò)在優(yōu)化溫度下進(jìn)行退火處理，PEO的無(wú)定形結(jié)構(gòu)得以保留，從而促進(jìn)了鋰離子的遷移。

圖2 電化學(xué)性能研究

得益于上述特性，涂覆了PLP的S/CNT在長(zhǎng)期運(yùn)行（1000次循環(huán)）后仍能保持較高的放電容量（0.5 C時(shí)為573.6 mAh g^-1），甚至在6 C的高倍率工作條件下也實(shí)現(xiàn)了318.1 mAh g^-1的高放電容量。值得注意的是，簡(jiǎn)單地涂覆PLP就能使鋰硫電池穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)1000次，并具有較高的比容量，這有助于縮小鋰硫電池實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究與工業(yè)化之間的差距。

圖3 CV和EIS研究

Sulfur–Carbon Electrode with PEO-LiFSI-PVDF Composite Coating for High-Rate and Long-Life Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202302139