硫化聚丙烯腈（SPAN）因其非多硫化物溶解性和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，已成為下一代鋰硫（Li-S）電池的一種極具前景的陰極材料。但是，目前對于構(gòu)成SPAN聚合物骨架的熱解聚丙烯腈的具體作用和影響的認(rèn)識非常少。
有鑒于此，上海交通大學(xué)王久林研究員等通過電化學(xué)、光譜學(xué)、電子顯微鏡和理論計算等方法，對一系列不同硫含量的SPAN材料進(jìn)行多方面的綜合研究。
結(jié)果表明，聚合物骨架結(jié)構(gòu)至少具有四種關(guān)鍵功能。首先，在SPAN的合成過程中，聚合物骨架為通過化學(xué)鍵合引入硫提供了反應(yīng)位點(diǎn)。其次，通過硫的脫氫反構(gòu)筑π共軛網(wǎng)絡(luò)，作為SPAN的導(dǎo)電骨架。化學(xué)鍵合的硫原子摻雜了聚合物骨架，從而縮小了最高占據(jù)分子軌道-最低未占據(jù)分子軌道（HOMO-LUMO）的帶隙。第三，聚合物骨架在決定第一庫侖效率方面起到至關(guān)重要的作用，不可逆插入的鋰原子進(jìn)一步摻雜在聚合物骨架中，減小HOMO-LUMO能隙。最后，聚合物骨架內(nèi)的吡啶氮對Li2S物種表現(xiàn)吸附作用，從而穩(wěn)定了SPAN陰極的循環(huán)性能。
（2）
值得注意的是，在1至3 V的工作電壓范圍內(nèi)，聚合物骨架對碳酸鹽電解質(zhì)中的SPAN陰極的可逆容量幾乎沒有貢獻(xiàn)。這項(xiàng)研究加深了研究者對SPAN的認(rèn)識，有助于為開發(fā)更好的SPAN材料和可充電電池提供有價值的指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
Jiqiong Liu, Huichao Lu, Qihang Wang, Xirui Kong, Chenran Hao, Jun Yang, Yanna NuLi, Huanan Duan, and Jiulin Wang*, Roles of the Polymer Backbone for Sulfurized Polyacrylonitrile Cathodes in Rechargeable Lithium Batteries, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c11216
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11216
