【引言】

锂硫电池具有高达1675mAh/g的理论容量，是下一代电池候选者。为得到更高的能量密度，亟需高负载的硫电极。然而，锂硫电池存在很多的问题，包括穿梭效应、充放电过程大体积变化，以及硫导电性差等，这些问题在高负载的锂硫电池中更严重，而且更厚的极片也更易导致电极材料发生破裂和脱落。通过精心设计电极结构可以获得高负载的锂硫电池，但这势必采用复杂的制备工艺，不适合广泛的应用。

粘结剂是电极材料重要的组分之一，起到粘结活性材料和集流体的作用并保持极片的完整性。更重要的是，粘结剂的官能团和活性材料相互作用可提高电化学性能。从这角度出发，采用高效的粘结剂可以获得高负载的锂硫电池。

【成果简介】

近日，林展教授和澳大利亚格里菲斯大学张山青教授(共同通讯作者)在Energy & Environmental   Science发表题为“Exploiting a robust biopolymer network binder for an   ultrahigh-areal-capacity Li–S   battery”的文章，介绍一种高效粘结剂，可以极大地提高锂硫电池的面积比容量。研究人员采用无毒、低成本的瓜儿豆胶(GG)和黄原胶(XG)为原料，利用二者的分子间结合作用，形成强韧的生物聚合物三维网络粘结剂(N-GG-XG)。瓜儿豆胶和黄原胶都富有含氧官能团，可以有效结合多硫化物。在这种粘结剂有力结合下，硫活性材料负载量可高达19.8   mg/cm2，发挥出超高面积比容量(26.4 mAh/cm2)。并且这种粘结剂是在水系环境中使用，又可避免了有机溶剂的使用。

【图文导读】

图1：GG和XG的分子间相互作用 

(a-b)分别是GG和XG的化学结构。

(c)GG和XG之间的分子间结合作用的示意图。

(d)分子间结合作用形成的聚合物网络示意图。

(e)GG、XG、N-GG-XG的FTIR光谱。一些官能团的特征峰发生偏移，证明GG和XG发生相互作用。

图2：电化学性能测试 

(a)0.5C下S@N-GG-XG电极的恒流充放电曲线。

(b)0.1mV/s下S@N-GG-XG电极的循环伏安曲线。

(c)0.5C下采用不同粘结剂的硫正极的循环性能。

(d)S@N-GG-XG电极的倍率性能。

(e)0.5C下S@N-GG-XG电极的超长循环性能。

图3：高负载量的电极电化学性能 

(a)在电流密度为0.8mA/cm2下，采用不同粘结剂且负载量为6.5mg/cm2的硫正极的循环性能。

(b)在电流密度为0.8mA/cm2下，负载量为6.5mg/cm2的S@N-GG-XG电极的面积放电比容量。

(c-d)在电流密度为1.6mA/cm2下，负载量为11.9mg/cm2的S@N-GG-XG电极的循环性能和库伦效率。

图4：力学性能评价