中科院青島能源所崔光磊研究員課題組Angew：巧用502膠水“粘合”破損鋰電池--高性能鋰硫電池用防泄漏電解液的開發
生活中常用的502膠水也能修補鋰電池嗎？
當今社會，可充電鋰電池已廣泛應用于手機、筆記本電腦、電動汽車等領域，與人們的日常生活密不可分。其中，鋰硫電池因其潛在的高能量密度（> 500 Wh kg–1）被認為下一代最具潛力的儲能技術之一。然而，鋰硫電池普遍使用易燃、易揮發的醚類物質作為電解液，一旦電池在封裝、運輸或使用過程中受損導致電解液泄露，將帶來巨大的安全隱患。
為消除此安全隱患，中國科學院青島生物能源與過程研究所崔光磊研究員課題組以生活中常用的502膠水的主要成分——氰基丙烯酸乙酯（PECA）為出發點，利用強親核性的硫化物快離子導體（Li6PS5Cl）進攻PECA獲得原位聚合大陰離子來調控醚類電解液的化學組成，組成的電解質具備三個突出特性：
（1）PECA的強極性基團可使電解液與軟包電池內包裝之間產生強的相互作用，通過氫鍵將電解液錨定在聚合物骨架上；
（2）電池受損后，空氣中的水分可催化聚合物進一步聚合為更大分子“粘合”傷口；
（3）PECA的強極性基團與多硫化物相互作用，抑制了多硫化物的穿梭效應；
（4）聚合物大陰離子與普通PECA相比，具備更好的鋰離子導電能力，確保電解液具有1.11 mS cm–1的高離子電導率。
四者相輔相成，實現了鋰硫電池防泄漏、高性能的目標。
對軟包電池進行防泄漏測試發現，商業電解液由于泄露和易燃性而劇烈燃燒；而采用防泄漏電解質的軟包電池不燃燒，確保電池在點火后的安全性。同時，電解液因泄露帶走了大量的活性物質，使得電池的首周容量損失高于50%，而防泄漏電池具有高達95%的容量保持。
圖2 鋰硫電池的電化學性能（a）多硫化物擴散觀察，（b）扣式電池的倍率性能，（c）扣式電池在0.5 C倍率下的循環性能
圖2a多硫化物的擴散實驗顯示，防泄漏電解質在電池6小時放電后未見明顯的顏色變化，有力證明了其對多硫化物擴散的抑制作用。得益于此，利用純硫電極（載量1.0 mg cm─2）的扣式電池在2 C的倍率下依然可以發揮455 mAh g–1的容量且在0.5 C倍率下可進行300周的穩定循環。
本工作利用硫化物快離子導體進攻PECA獲得原位聚合大陰離子來調控醚類電解液的化學組成，獲得了強極性、高電導率同時可有效抑制多硫化物穿梭的防泄漏電解液，并成功應用于高性能鋰硫電池，在鋰電池的防泄漏領域開辟了新思路。
論文第一作者為中國科學院青島生物能源與過程研究所鞠江偉博士、董杉木研究員、崔艷艷，通訊作者為崔光磊研究員。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202103209
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