ChemSusChem：自支撑、无导电添加剂和粘结剂的有机硫化物正极助力锂硫电池机理研究

近年来，锂硫电池凭借着原料单质硫储量丰富、价格低廉、环境友好、较高的比容量和比能量等优点，成为下一代储能电池领域最具应用前景的技术之一。然而，放电过程中形成的链状多硫化锂中间产物易溶解于电解液中，造成正极活性物质的损失和穿梭效应，导致了锂硫电池循环性能急速衰退。因此通过化学限制的方法，利用共价键结合的方式，将长链的硫分子链（-S-Sn-S-）结合到有机分子结构中，是一种有效抑制多硫化物的溶解与穿梭效应的方法。然而该方法形成的有机硫化物材料仍然面临着导电性较差、合成路线复杂等问题。此外，相较于共价键固硫材料的合成与性能研究，系统、深入的充放电机理研究相对较少。此前大部分工作对固硫效果的研究主要基于多种非原位表征方法，相关测试只能在电池非工作状态下进行，其结果精确度及可靠性存在一定疑问。更多细节化的、基于在线测试技术的直接信息相对难以捕获，而这对于全面了解锂硫电池的工作机理至关重要。因此，开发应用于原位/在线测试技术的多孔、无粘结剂且自支撑的正极材料具有重要意义。

基于此，德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB）Yan Lu教授与北京大学深圳研究生院孟鸿教授团队，基于聚噻吩共轭骨架良好的导电性和可通过电化学聚合的特点，在侧链引入可与硫分子共价结合的巯基官能团对噻吩单体进行修饰，设计了单体分子‒苯硫醇取代噻吩（TBT）。通过电化学聚合与原位硫化法，实现了在泡沫镍基底上构建共价键固硫型有机硫化物正极材料。该正极在0.2 C下比容量达860 mAh g^-1，且表现出较好的循环稳定性（1.0 C下100圈循环容量保持率为96 %）。原位X射线成像分析表明，该正极材料在充电过程中无明显结晶硫生成，与基于物理吸附的对照电极相比表现出显著的固硫效果。该方法避免了传统有机硫化物电极制备过程中大量导电添加剂和粘结剂等非活性组分的干扰，适用于作为模型电极来结合多种原位/在线表征手段，对有机硫化物充放电过程中结构变化和氧化还原机理进行测试和分析，为后续系统、深度的机理研究工作奠定了基础。

论文信息

Constructing Binder- and Carbon Additive-Free Organosulfur Cathodes Based on Conducting Thiol-Polymers through Electropolymerization for Lithium-Sulfur Batteries

Jiaoyi Ning, Dr. Hongtao Yu, Dr. Shilin Mei, Yannik Schütze, Dr. Sebastian Risse, Nikolay Kardjilov, André Hilger, Ingo Manke, Annika Bande, Dr. Victor G. Ruiz, Prof. Joachim Dzubiella, Prof. Hong Meng, Prof. Yan Lu

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202200434