锂硫电池用无粘合剂正极--硅氧烷基共聚物硫

摘要

锂硫电池的理论容量非常高,但其容量衰减大。为解决这个问题,北京航空航天大学研究团队开发了多功能有机物3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS),用于制备含二氧化硅3D网络骨架和共聚硫纳米颗粒(cpS)的均匀杂化物。在此研究中,无需额外添加粘合剂,因为APS既可作反应物,又能充当粘合剂。APS中的氨基能与硫聚合,形成均匀的共聚硫纳米颗粒,硫与氨基的强化学相互作用能减少多硫化物的形成,缓解穿梭效应。缩聚APS能将硫、导电炭添加剂等有效结合,保证活性硫颗粒与导电碳主体之间的紧密接触。此外,它还可以形成稳定的3D二氧化硅结构包裹硫纳米颗粒,通过机械适应硫的体积膨胀,保持电极结构的完整性。因此,无粘合剂的cpS复合材料表现出大大增强的电化学性能,其在0.1 C下的最大容量为1187.8 mAh/g,在1 C下经500次循环后,每次循环容量衰减仅0.0654%。这项研究中使用的硅氧烷基共聚物硫,成本低、环保且功能强大,是一种前景广阔的高能量密度电池用正极材料。