硫化聚丙烯腈(SPAN)因其非多硫化物溶解性和优异的循环稳定性,已成为下一代锂硫(Li-S)电池的有效阴极材料。然而,对构成SPAN聚合物骨架的热解聚丙烯腈作用和影响仍知之甚少。近日,上海交通大学王久林对一系列不同硫含量的SPAN材料进行了电化学、光谱学、电子显微镜和理论计算等多方面的综合研究。
本文要点:
1) 结果表明,聚合物骨架至少具有四种关键功能。首先,在SPAN的合成过程中,聚合物骨架为通过化学键合引入硫提供了反应位点。其次,它通过硫的脱氢反应建立了一个π共轭网络,并作为SPAN的导电框架。化学键合的硫原子掺杂了聚合物骨架,从而缩小了最高占据分子轨道——最低未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙。第三,聚合物骨架在决定第一库仑效率方面起着至关重要的作用,不可逆插入的锂原子进一步掺杂了聚合物骨架并减小了HOMO-LUMO能隙。最后,聚合物骨架内的吡啶氮对硫化锂(Li2S)物种表现出吸附作用,从而稳定了SPAN阴极的循环性能。
2) 此外,在1至3 V的工作电压范围内,聚合物骨架对碳酸盐电解质中的SPAN阴极可逆容量几乎没有贡献。该研究加深了人们对SPAN的理解,并为开发更好的SPAN材料和可充电电池提供了重要指导。
Jiqiong Liu et.al Roles of the Polymer Backbone for Sulfurized Polyacrylonitrile Cathodes in Rechargeable Lithium Batteries JACS 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c11216
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11216