图1：（a）锂硫电池制备示意图和WPUN粘结剂吸附锂多硫化物的过程。（b）基于WPUN与PVDF粘结剂硫正极在0.5C倍率下的充放电循环性能。（c）基于WPUN与PVDF粘结剂硫正极的倍率性能。
锂硫电池（LSBs）具有极高的理论比容量，且硫含量丰富，价格低廉，一直以来被认为是理想的下一代电池体系。然而，锂硫电池存在“穿梭效应”、充放电过程中硫体积变化大等问题，限制了锂硫电池的实际应用。研究发现粘结剂可有效改善电池的电化学性能，可惜的是目前开发的大部分粘结剂虽然可以改善电池的性能，但是不能同时解决锂硫电池的上述问题。此外，大部分粘结剂都是有机物，需要用到有毒的溶剂，很少考虑是否绿色、可持续、环境友好等问题。
近期，华南农业大学杨宇课题组在Macromolecular Rapid Communications上发表了题为“Vegetable Oil-Based Waterborne Polyurethane as Eco-Binders for Sulfur Cathodes in Lithium-Sulfur Batteries（DOI:10.1002/marc.202100342）的文章，该文章第一作者为硕士生陈柱钻。该文章选择绿色、可持续、环境友好的生物质材料——桐油为原材料开发出了一种新型植物油基聚合物，用作锂硫电池硫正极的粘结剂。文章把氨基磺酸作为中和剂引入桐油基聚氨酯预聚体，成功制备了一种富含磺酸基、氨基甲酸酯基等多极性基团的水性聚氨酯分散体（WPUN），将其作为锂硫电池硫正极的粘结剂。相比于传统粘结剂PVDF，该粘结剂水溶性好，粘度低，并富含极性基团可以有效吸附锂多硫化物，缓解穿梭效应，从而提高活性物质的利用率；此外，桐油的长脂肪酸链可以赋予粘结剂良好的柔韧性，从而缓解锂硫电池充放电过程中复杂的相变过程所带来的体积变化，满足高载量硫正极的需求。使用该粘结剂制备的锂硫电池，在0.5C电流密度下，电池的初始放电比容量为767 mAh g-1, 循环350次后，放电比容量仍然有504 mAh g-1，每圈的平均容量损失率仅为0.075%。此外，在0.2C (736.58 mAh g-1) 到4C (586.45 mAh g-1) 的电流密度范围内获得了良好的速率性能。研究者相信，此项研究将会为基于植物油基聚合物粘结剂在先进储能系统中的研究提供了新的视角。
WILEY
论文信息：
Vegetable Oil-Based Waterborne Polyurethane as Eco-Binders for Sulfur Cathodes in Lithium-Sulfur Batteries
Zhuzuan Chen, Limin Man, Ju Liu, Liangmei Lu, Zhuohong Yang, Yu Yang*
Macromolecular Rapid Communications
10.1002/marc.202100342
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.202100342
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