降低正极孔隙率对于平衡锂硫电池中电解液的分布、节约更多充满孔洞的电解液以延长电池循环寿命至关重要。然而，使用硫/碳(S/C)纳米材料制成的低孔隙率电极存在着高度曲折的问题，这严重恶化了电极的润湿性，从而降低了硫的利用率。

近日，太平洋西北国家实验室Dongping Lu通过制备单颗粒层电极，阐明并验证了低弯曲硫阴极的设计原理。在实际条件下研究了硫电极结构对电池性能的影响，并追溯到材料和电极水平的理解。

文章要点

1）由于大的孔体积和孔填充电解质，电极孔隙率不仅控制电极水平的体积和重量容量，而且通过调节电解质渗透来改变硫反应和电池循环。在不牺牲硫利用率的情况下降低电极孔隙率是开发实际Li-S电池的关键步骤。

2）通过使用单颗粒层正极，研究人员在极贫电解质的条件下（E/S = 4 L mg^-1），在高负载(4 mg cm^-2)和致密(~45%)硫电极中实现了高硫利用率(~1001 mAh g^-1)。

3）使用小(< 20 m)和大(> 90 m) IKB/S颗粒作为示例材料，研究人员阐明了二次颗粒尺寸对电解质渗透性、LiPS穿梭和硫反应的关键影响。对于给定的电极孔隙率，包含具有较少外表面但较长尺寸的大颗粒的LPC在硫利用、反应动力学和容量保持方面提供了优于SPC的性能。此外，LPC电极的低弯曲孔道是快速润湿电极和循环过程中LiPS容易回流的必要条件。

本研究为实用高能锂硫电池的材料开发和电极设计提供了新的思路。

参考文献

Shuo Feng, et al, Low-Tortuous and Dense Single-Particle-Layer Electrode for High-Energy Lithium-Sulfur Batteries, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE01442D

https://doi.org/10.1039/D2EE01442D