Angew. Chem. ：密堆积多孔共价聚合物作反应型宿主材料用于高性能锂硫电池

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锂硫电池被认为是最具前景超过当前锂离子电池的储能体系之一，然而其商业化进程遭遇一些瓶颈问题，诸如正极较低的硫负载、高电极孔隙率、多硫化物的不可控电沉积、以及硫和硫化锂的缓慢的动力学。

近日，新加坡国立大学的Loh Kian Ping教授和加州大学圣地亚哥分校的孟颖教授、西安交通大学的唐伟教授合作，通过熔融聚合的方法得到紧密堆积的具有氧化还原活性的多孔共价聚合物用于高性能的锂硫电池。

该多孔聚合物硫宿主材料在锂硫电池的应用中具有独特优势。首先，其保持了本征的多孔性而具备高表面积（302 m² g^-1），这样利于硫的均匀分散，实现高硫载量；与此同时，熔融聚合得到的该密堆积的块状聚合物具有较高的堆积密度（~1.60 g cm^-3），这样可以获得高振实密度、低孔隙率的锂硫正极。

其次，该聚合物的氧化还原活性区间与硫相匹配，可以调控多硫化锂的沉积。通过宿主材料在多硫化锂电解液的充放电测试和不同状态下材料的XPS表征可以得到，多硫化锂倾向于锂化聚合物的N活性位点，可以形成稳定的聚合物/多硫化物吸附结构，不同于常见的物理吸附和化学吸附。DFT 理论模拟计算也表明以上结果。因此，该块状聚合物就可以诱导Li₂S和S的成核（放电和充电），得到Li₂S和S的优化纳米结构型貌。既可以降低放电产物的反应活化能加速其动力学，又避免了多硫化锂在正极表面沉积，减少硫活性材料的损失。

紧密堆积提高聚合物的化学稳定性和导电性，并缓解硫正极循环中的体积膨胀问题，提高锂硫电池的循环稳定性。该块状聚合物材料不同于常规纳米固硫材料，拥有更大的多硫化物沉积模板，更快的电子离子传输通道，绕开了纳米粒子之间接触阻碍的传导问题。同时，也更好的保持硫正极材料的结构稳定性。

最终，基于该聚合物宿主材料制备的振实高负载聚合物/硫正极（~15 mg_s cm^-2, 200-μm 厚度），在贫电解液下表现出超高面容量（~14 mAh cm^-2）、优异的倍率性能和优异的循环稳定性。通过进一步的放大测试，得到了实测高能量密度的锂硫软包电池，验证了该材料的应用前景。该工作为解决高实际能量密度锂硫电池的固有问题提供了一种新策略。

原文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202016240

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