隨著各種環(huán)境和能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，汽車(chē)行業(yè)目前正經(jīng)歷著一場(chǎng)由燃油驅(qū)動(dòng)向電驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變的變革。在這一變革中，先進(jìn)電池技術(shù)的發(fā)展是更多更合理的利用可再生能源的關(guān)鍵。而且，大量電池的使用將不可避免的帶來(lái)另一個(gè)不可忽視的環(huán)境問(wèn)題：即大量廢舊電池的回收處理。所以將電池材料的可持續(xù)發(fā)展納入到新一代電池的研究開(kāi)發(fā)中是非常有必要的。
由于硫元素具有自然界豐度高，價(jià)格便宜，且鋰硫電池與傳統(tǒng)鋰離子電池相比具有很高的比容量和能量密度，使其非常有望成為下一代鋰離子電池正極材料。然而，鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用仍然受制于很多問(wèn)題，
比如：
1、多硫化鋰的溶解穿梭問(wèn)題，導(dǎo)致庫(kù)倫效率低和活性物質(zhì)不斷損失；
2、硫和硫元素較差的電子和離子導(dǎo)電性致使活性物質(zhì)利用率低；
3、硫在循環(huán)過(guò)程中存在較大的體積變化，使得電極材料完整性遭到破壞，電池容量快速衰減。
目前為了解決這些問(wèn)題，其研究主要通過(guò)構(gòu)建先進(jìn)的復(fù)合電極材料。比如將硫嵌入到各種具有特定形貌的導(dǎo)電碳材料中。
這些碳材料包括空心碳、多孔碳、無(wú)序碳納米管，雙殼層中空碳球，球形有序介孔碳納米顆粒等。
毫無(wú)疑問(wèn)，這些碳材料的使用極大的改善了鋰硫電池的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。
然而，這些具有特定形貌碳材料的制備通常需要復(fù)雜的過(guò)程，生產(chǎn)成本較高，不利于商業(yè)化發(fā)展。
但是，如果在電池壽命結(jié)束后，通過(guò)簡(jiǎn)單方法就能將這些有價(jià)值的碳材料回收并進(jìn)行二次利用，將極大的降低鋰硫電池的商業(yè)制造成本。
近日，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Liu?Gao團(tuán)隊(duì)將聚丙烯酸和聚乙烯亞胺通過(guò)羧基和氨基的離子相互作用制備了一種新型多功能交聯(lián)粘合劑（DICP），并成功應(yīng)用到鋰硫電池正極材料中。這一離子相互作用是pH敏感的，交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)在堿性水溶液中能夠快速溶解。電池失效后，電極材料中有價(jià)值的組分在水中就能夠快速分散，并通過(guò)簡(jiǎn)單水洗進(jìn)行回收并再次制備能夠穩(wěn)定循環(huán)的電極。
而且，通過(guò)原位X射線吸收光譜、原位紫外-可見(jiàn)光譜、X射線光電子能譜和密度泛函理論計(jì)算證明該粘合劑與商業(yè)化粘合劑相比能夠明顯抑制多硫化鋰的溶解穿梭問(wèn)題，并提高鋰硫電池硫負(fù)載量和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。該研究為新一代高性能電池的可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路和方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。
該工作以題為“Reversible CrosslinkedPolymer Binder for Recyclable Lithium Sulfur Batteries with High Performance”發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Advanced Functional Materials》上。第一作者為Zhimeng Liu（四川大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生）和Xin He?（伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博后），通訊作者為伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Gao Liu教授。四川大學(xué)雷景新教授和張軍華教授為共同作者。
圖文速遞
【總結(jié)】
作者通過(guò)環(huán)境友好的方法制備了一種新型可溶解的多功能交聯(lián)聚合物，并將其作為鋰硫電池粘合劑。
該交聯(lián)粘合劑在堿性水溶液中能夠完全溶解，有價(jià)值碳/硫復(fù)合材料通過(guò)簡(jiǎn)單水洗即可從循環(huán)后的電池中回收，全過(guò)程僅用水做溶劑，節(jié)能環(huán)保。
用回收碳/硫復(fù)合材料制備的鋰硫電極能夠表現(xiàn)出與原始鋰硫電極相匹配的電化學(xué)性能。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該粘合劑通過(guò)分子鏈中各種極性官能團(tuán)與多硫化鋰的吸附相互作用，使其能夠更有效的抑制多硫化鋰在電解液中的溶解，從而提高鋰硫電池中硫的負(fù)載和電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性。
本研究為大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供了一個(gè)新的思慮和方法，具有重要意義。
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