中韩开发纳米纤维素电极粘结剂助力锂硫电池研发

4月7日，据Wiley网站消息，清华大学、韩国延世大学和韩国江原大学的研究团队合作开发出一种基于TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）氧化的纤维素纳米纤维（TOCN）硫正极粘结剂，提高了锂硫电池的比容量和能量密度。相关研究内容发表在《先进材料》期刊上。

锂硫电池理论能量密度高，且自然界硫资源丰富，是商业锂离子电池最具潜力的替代品。然而锂硫电池中硫活性材料的实际负载量过低，导致电池的实际能量密度远低于理论预期。当前，主要采用减少锂硫电池中电解液含量来提升电池的实际能量密度，但这会阻碍锂多硫化物（LiPS）溶解，导致电解液粘度增加，最终降低电池能量密度。对此，研究团队引入TOCN作为扩展纳米纤维电极粘结剂，以在贫电解液条件下提高锂硫电池中硫的利用和转化率。TOCN的引入能够提供更多与多硫化锂（LiPS）分子间相互作用的活性位点，即使在低至1%质量分数的TOCN粘结剂含量下，也能有效抑制LiPS聚集，同时还能实现高达72%质量分数的硫负载量。经测试，使用TOCN粘结剂的硫正极比容量、放电率性能和循环保持率均得到提高，使锂硫电池在贫电解液条件下实现了1221毫安时每克硫（mAh/gsulfur）的高比容量（单位质量硫）和503瓦时每千克（Wh/kg）的高能量密度，远超先前报道的基于聚合物粘结剂硫正极的锂硫电池。该研究为锂硫电池商业化奠定了基础，在电动汽车、航空航天等高能量需求领域有较大应用潜力。