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聚離子液體能作為鋰硫電池的粘合劑?

2025-02-10 14:12:25 sh默尼 5

-(Li-S)電池是嵌入式鋰離子電池(LIB)的替代品,與LIB的實驗容量相比,硫的理論容量很高。但由于硫化學(xué)的復(fù)雜性,Li-S系統(tǒng)在商用電池中的應(yīng)用仍在開發(fā)中。一般來說,硫物種在放電過程中會經(jīng)歷不溶-可溶-不溶的轉(zhuǎn)變,在充電過程中也會發(fā)生類似的轉(zhuǎn)變,這會導(dǎo)致陰極體積的膨脹收縮,損害其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。硫的還原產(chǎn)物有長鏈多硫化物(LCPS)和短鏈多硫化物(SCPS)。


為改善Li-S體系的性能,人們提出了三種方法:(1)設(shè)計能夠改善電子接觸的硫材料;(2)改進隔膜,以實現(xiàn)離子的選擇性交換;(3)合成新型聚合物粘合劑來代替商業(yè)電池中的聚偏二氟乙烯(PVDF)。其中,離子聚合物作為粘合劑是實現(xiàn)高性能Li-S電池最有吸引力的替代方案。除了離子導(dǎo)電性,合成的聚合物還必須具有良好的機械性能和對多硫化物(PS)具有最佳的物理化學(xué)親和力,從而減少或避免穿梭效應(yīng)。因此,Li-S體系的粘合劑需要有-COO、-NH3-OH等官能團,以通過靜電相互作用限制PS。聚離子液體(PILs)具有多功能性,有研究者將其作為Li-S電池的粘合劑進行了電化學(xué)評估,在離子電導(dǎo)率、高陰極穩(wěn)定性和相關(guān)機械性能方面具有顯著優(yōu)勢。

基于此,來自墨西哥大都會自治大學(xué)José Jarib Alcaraz-Espinoza團隊使用(2-(丙烯酰氧)乙基)三甲基氯化銨(AETMAC)單體設(shè)計線性聚合物刷,末端的膽堿基團減少了咪唑(Iz+)和吡啶(Py+)基團的空間位阻和骨架剛性。此外,該團隊還通過RAFT聚合控制聚合物分子量,并與TFSI進行陰離子交換得到PIL-TFSI,以提高系統(tǒng)的整體性能。


文鏈接:

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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