绝缘S和Li₂S₂/Li₂S（Li₂S_1-2）放电产物严重制约着高能量密度锂硫（Li-S）电池的发展。绝缘Li₂S_1-2沉积在硫基正极（如S和Li₂S）表面限制了反应动力学，导致电化学性能变差。

近日，澳大利亚伍伦贡大学Jiazhao Wang教授，郭再萍教授报道了制备了含/不含聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂的Li₂S正极，研究了LiPSs/Li₂S与PVDF之间的化学相互作用对Li₂S_1-2沉积和电化学性能的影响。

文章要点

1）研究人员使用Li₂S正极代替S作为探针正极来揭示极性粘结剂和锂化硫物种之间的化学相互作用，具有两个主要优点：i）完全锂化态的Li₂S对极性的PVDF具有极高的敏感度；ii）由于Li₂S正极充电过程中独特的固-固转变机制，因此可以XRD技术检测PVDF对晶相的影响。结果显示，在不使用PVDF粘结剂的情况下，Li₂S_1-2电极在整个正极上均匀沉积，提高了Li₂S电极的倍率性能。

2）表征和理论计算结果证实，在含LiPSs/Li₂S的PVDF中，粘结剂与LiPSs/Li₂S之间存在较强的相互作用，这不仅是活化过程中Li离子与Li₂S解离的原因，也是LiPSs与Li离子在放电过程中结合的原因。因此，在没有PVDF粘结剂的Li₂S正极中，反应动力学得到了极大的提高。

3）研究人员采用无粘结剂电极制造技术，在Li₂S//Li全电池（有限的Li源）中，Li₂S电极的面积容量为12.70 mAh cm⁻²，比容量为153.9 mAh⁻¹（基于正极、负极、电解质和隔膜加在一起），负载量为16.2 mg_Li2S cm⁻²，电解液用量为2.0 µL mg_Li2S⁻¹。在正极、负极、电解液和隔膜的基础上，电池的重量能量密度和体积能量密度分别可达到331.0 Wh kg⁻¹和281.5 Wh L⁻¹。

这项工作对实际的高能S和Li₂S正极设计有一定的指导意义。

参考文献

Qining Fan, et al, Accelerated Polysulfide Redox in Binder-Free Li₂S Cathodes Promises High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202100957

https://doi.org/10.1002/aenm.202100957