A New Hydrophilic Binder Enabling Strongly Anchoring Polysulfides for High‐Performance Sulfur Electrodes in Lithium‐Sulfur Battery

材料科学 硫黄 锂硫电池 多硫化物 电极 阳极 阴极 电池(电) X射线光电子能谱 电解质 化学工程 冶金 化学 物理化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Wei Chen,Tianyu Lei,Tao Qian,Weiqiang Lv,Weidong He,Chunyang Wu,Xuejun Liu,Jie Liu,Bo Chen,Chenglin Yan,Jie Xiong
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (12) 被引量:321
标识
DOI:10.1002/aenm.201702889
摘要

Abstract As one of the important ingredients in lithium‐sulfur battery, the binders greatly impact the battery performance. However, conventional binders have intrinsic drawbacks such as poor capability of absorbing hydrophilic lithium polysulfides, resulting in severe capacity decay. This study reports a new type of binder by polymerization of hydrophilic poly(ethylene glycol) diglycidyl ether with polyethylenimine, which enables strongly anchoring polysulfides for high‐performance lithium sulfur batteries, demonstrating remarkable improvement in both mechanical performance for standing up to 100 g weight and an excellent capacity retention of 72% over 400 cycles at 1.5 C. Importantly, in situ micro‐Raman investigation verifies the effectively reduced polysulfides shuttling from sulfur cathode to lithium anode, which shows the greatly suppressed shuttle effect by the polar‐functional binder. X‐ray photoelectron spectroscopy analysis into the discharge intermediates upon battery cycling reveals that the hydrophilic binder endows the sulfur electrodes with multidimensional Li‐O, Li‐N, and S‐O interactions with sulfur species to effectively mitigate lithium polysulfide dissolution, which is theoretically confirmed by density‐functional theory calculations.
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