锂硫电池用功能化水性粘合剂的构筑及电化学性能和固硫机制研究

How to solve the problems such as single-function nature, solvent release, non-ecofriendly and expensive of traditional binders? In this proposal, we will firstly prepare water-based binder with water-solubility polymer with adhesive ability，reactive emulsifier and flexible monomer to construct a mutli-functional water-based binder for lithium-sulfur batteries. The tuning between the stability of the electrode structure and electrochemical performance and the surface chemical composition and microcosmic morphology will be performed by optimizing the types and amounts of functional groups as well as the microstructure. The research will provide a new concept and method to construct mutli-functional water-based binder, also help us understand the intrinsic mechanism for constructing mutli-functional water-based binder and uncover the inner structures of both structure and properties of binders. Meanwhile, it will provide theoretical basis and technique foundation for high performance binders for Li-S batteries.

针对传统粘合剂功能单一、价格昂贵且使用过程环境不友好等局限性，本申请拟以水溶性高分子、反应型乳化剂和柔性单体制备具有离子传输功能和体积“缓冲”能力的功能化三维网络型锂-硫电池用水性粘合剂；通过水性粘合剂的表面化学组成和微观结构调控锂-硫电池极片的稳定性和电化学性能；进一步以粉体颗粒的粘结性能、锚定硫及多硫化物能力、保持电极片结构完整性和对锂-硫电池电化学性能的影响揭示其调控机制。本项目提出从表面化学组成和微观结构着手设计水性粘合剂及其对锂-硫电池性能的智能调控，不仅可望获得一种多功能水性粘合剂，而且有助于我们进一步理解复杂多功能水性粘合剂的构筑机制和内在结构，为锂二次电池高性能粘合剂相关科学问题的研究提供一定的科学依据和技术支持。

本项目对“锂硫电池用功能化水性粘合剂的构筑及电化学性能和固硫机制研究”进行了系统和深入的理论和实验研究，主要体现了以下几个方面的研究成果。.1、通过分子结构设计策略和制备科学研究，基于功能化水性粘合剂材料的特征，发展了2种制备方法，合成了几种水性粘合剂材料； .2、基于材料设计，水溶性高分子、反应型乳化剂和单体的优选、材料表面修饰、形貌控制做了系统研究，通过水性粘合剂的表面化学组成和微观结构调控锂硫电池极片的稳定性和电化学性能，在此基础上对提高电化学性能的本质进行了研究；.3、对从表面化学组成和微观结构影响做了系统研究，并对其作用机理做了初步探索，发现其作用本质是影响了离子的传输和电子扩散进程。通过对比不同材料及壳层微观结构对锂硫电池电化学性能的影响，获得了水性粘合剂微观结构与锂硫电池电极片稳定性的内在关系，在功能化水性粘合剂材料设计上主要集中在粘结性和离子传输的功能导向设计、合成和表征；在理论上主要探讨水性粘合剂的功能化设计、协同效应的本质，从而在实质上解决锂硫电池水性粘合材料的多功能化、粘结性、固硫等共性关键问题。.本项目按时完成了预定任务。发表SCI期刊收录论文3篇（其中JCR1区1篇），EI期刊收录论文2篇，北大核心2篇，出版专著1部；获申请中国发明专利3项。