鋰硫電池的正極活性物質(zhì)硫具有較高的理論比容量和理論能量密度，可以分別達(dá)到 1675 mAh g-1和 2600 Wh kg-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用鈷酸鋰和磷酸鐵鋰等作為正極活性物質(zhì)的鋰離子電池，并且硫具有成本低、儲(chǔ)量豐富和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。[1] 粘結(jié)劑是硫正極的重要組成部分，緊密粘合活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體，維持正極物理結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和完整。粘結(jié)劑優(yōu)異的彈性和粘附性，使其能夠緊密連接導(dǎo)電劑、活性物質(zhì)和集流體，適應(yīng)充放電過程中由于 S和 Li2S 的轉(zhuǎn)化而造成的體積變化，保持正極的機(jī)械穩(wěn)定性，減少因活性物質(zhì)脫落而造成的容量損失。利用導(dǎo)電聚合物改性粘結(jié)劑可以提高硫正極的導(dǎo)電能力。對(duì)粘結(jié)劑結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)的設(shè)計(jì)， 一方面通過功能基團(tuán)與多硫化物的相互作用錨定多硫化物，從而限制多硫化鋰的溶解和擴(kuò)散，抑制穿梭效應(yīng)；另一方面加速多硫化鋰的氧化還原轉(zhuǎn)化，改善動(dòng)力學(xué)過程，減少電解液中多硫化鋰的積累。

通過不同的聚合物鏈段提高粘結(jié)劑的力學(xué)性能，形成選擇性的離子通道，實(shí)現(xiàn)單鋰離子的遷移[2]。還可以利用嵌段共聚制備超支化分子結(jié)構(gòu)聚合物[3]，有利于保持硫正極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，提高鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性。聚乙烯亞胺（PEI） 是一種由乙烯亞胺經(jīng)過陽離子聚合而得到的水溶性聚合物，存在支化和線性兩種結(jié)構(gòu)，其分子鏈段上存在著大量的伯胺、仲胺和叔胺等強(qiáng)極性的含氮官能團(tuán)，具有優(yōu)異的黏附性能，有利于實(shí)現(xiàn)硫正極的高負(fù)載，而且 PEI 的支化結(jié)構(gòu)能夠保持電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。胺基官能團(tuán)還使得 PEI具有一定的堿性和陽離子活性。胺基與多硫化物的相互作用使得 PEI 能夠有效的錨定多硫化鋰，限制多硫化鋰的溶解和擴(kuò)散，從而抑制穿梭效應(yīng)。PEI 可以用水作為溶劑，正極片的干燥和后處理過程與 PVDF 相比更為簡(jiǎn)單。

PEI 具有優(yōu)異的附著力，能夠緊密結(jié)合活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，保證正極物質(zhì)的分布均勻和微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而且循環(huán)前以 PEI 為粘結(jié)劑的硫正極表面形貌更加均勻且無破損。但是 PEI 液態(tài)的特性使其不具備彈性、韌性和高強(qiáng)度等力學(xué)性能，難以解決由硫正極的體積變化而導(dǎo)致的問題，造成循環(huán)后的正極片產(chǎn)生裂紋和損壞。因此，研究學(xué)者們通過結(jié)構(gòu)改性或與其它粘結(jié)劑復(fù)合的方法對(duì) PEI 粘結(jié)劑進(jìn)行改性研究，不但賦予 PEI 粘結(jié)劑彈性和柔性等力學(xué)性能，使其具有很好的力學(xué)強(qiáng)度和黏合能力，提高正極的物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且通過官能團(tuán)與多硫化鋰的強(qiáng)烈相互作用，限制多硫化鋰的溶解和擴(kuò)散，抑制穿梭效應(yīng)，延長(zhǎng)鋰硫電池的循環(huán)壽命。

Zhang 等人[4]利用 PEI 作為硫正極的粘結(jié)劑，發(fā)現(xiàn) PEI 的性能優(yōu)于 PVDF。利用 PEI 粘結(jié)劑實(shí)現(xiàn)硫正極的高硫載量（8.6 mg cm-2）和高面積比容量（9.7 mAh cm-2），并且在 0.05 C 電流密度下經(jīng)過 50 次循環(huán)之后，硫正極的面積比容量為 6.4 mAh cm-2，遠(yuǎn)優(yōu)于以PVDF 為粘結(jié)劑的硫正極。PEI 的胺基與多硫化鋰的靜

電相互作用和 PEI 分子的支化結(jié)構(gòu)錨定充放電過程中產(chǎn)生的多硫化鋰，抑制穿梭效應(yīng)。未經(jīng)任何加工處理的 PEI 不但可以應(yīng)用于高負(fù)載的硫正極，而且仍具有比PVDF 更加優(yōu)異的性能。因此PEI 粘結(jié)劑具有廣闊的應(yīng)用前景。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)潘欽敏教授等人[5]以對(duì)苯二甲醛（DFB）為交聯(lián)劑對(duì) PEI 進(jìn)行改性，利用醛基和胺基的反應(yīng)形成動(dòng)態(tài)的亞胺鍵，制備具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自修復(fù)聚乙烯亞胺（SHPEI）粘結(jié)劑，并利用SHPEI粘結(jié)劑制備高載量硫正極，在0.2C電流密度下循環(huán)120次后仍具有較好的比容量，為587.9mAhg-1，容量保持率為80.5%，庫(kù)倫效率穩(wěn)定；在0.5C電流密度下循環(huán)120次后的比容量仍保持在495.5mAhg-1，為活化后初始比容量的87.6%。結(jié)果表明 SHPEI 具有較好的力學(xué)性能和自修復(fù)性能，保持循環(huán)過程中的電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

1. 任逸倫, 胡金龍, 仲皓想, 等. 高比能鋰硫電池正極材料研究進(jìn)展[J]. 新能源進(jìn)展, 2018, 6(05): 74-85.

2. NIU C Q, LIU J, QIAN T, et al. Single Lithium-Ion Channel Polymer Binder for Stabilizing Sulfur Cathodes[J]. National Science Review, 2020, 7(2): 315-323.

3. ZHONG L, MO Y D, DENG K R, et al. Lithium Borate Containing Bifunctional Binder To Address Both Ion Transporting and Polysulfide Trapping for High Performance Li-S Batteries[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(32): 28968-28977.

4. ZHANG L, LING M, FENG J, et al. Effective Electrostatic Confinement of Polysulfides in Lithium/Sulfur Batteries by a Functional Binder[J]. Nano Energy, 2017, 40: 559-565.

5. 朱康帥. 自修復(fù)聚乙烯亞胺作為鋰硫電池粘結(jié)劑的研究[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2021, 6.