正极极片的组成与设计策略

　　锂硫(Li-S)电池正极极片是决定其电化学性能、循环寿命和实用化的核心组件。与传统锂离子电池不同，Li-S 电池正极不含过渡金属氧化物，而是以单质硫(S₈)或硫复合材料为活性物质，负载在多孔导电骨架上，并需解决多硫化物(Li₂Sₓ, 4≤x≤8)溶解穿梭这一关键挑战。

　　锂硫正极并非简单的“硫粉+导电剂+粘结剂”，而是一个精心设计的 “硫复合物/宿主材料”体系。

　　1. 活性物质：硫复合物

　　纯粹的硫粉无法使用，必须将其限制在导电宿主材料中。

　　碳宿主材料(主流)：

　　多孔碳：微孔碳(物理限域小分子硫S2-4)、介孔碳、碳纳米管、石墨烯。通过物理限域和化学吸附固定硫和多硫化物。

　　功能化碳：掺入杂原子(如O, N, S)，增强对多硫化物的化学吸附作用。

　　极性化合物宿主：金属氧化物(TiO2, MnO2)、硫化物(CoS2)、氮化物(VN)、MOFs/COFs等。它们对多硫化物有更强的化学相互作用，能有效抑制穿梭。

　　复合宿主结构：结合碳的导电性和极性材料的强吸附性，构建“双重限域”结构(如硫-碳-极性材料三明治结构)。

　　2. 导电剂

　　由于宿主材料通常已具备导电网络，额外添加的导电剂(如Super P，科琴黑)作用在于连接宿主颗粒，构建宏观导电通路。

　　用量通常低于传统锂电池正极。

　　3. 粘结剂

　　要求极高，不仅需要粘结活性颗粒与集流体，还需耐受巨大的体积膨胀，甚至能化学吸附多硫化物。

　　传统PVDF：效果不佳，对多硫化物惰性，且在有机电解液中易溶胀。

　　高性能粘结剂：

　　水性粘结剂：如羧甲基纤维素钠+丁苯橡胶体系，力学性能好，成本低。

　　功能性聚合物：如聚多巴胺、壳聚糖等，含有丰富极性官能团，能主动锚定多硫化物。

　　4. 集流体

　　铝箔仍是主流，但其表面氧化铝可能与电解液发生副反应。

　　改性铝箔：涂覆碳层或导电聚合物层，增强与极片的接触并抑制腐蚀。

　　多孔/三维集流体：如碳涂覆的泡沫镍、碳纤维纸等，可负载高硫含量，缓冲体积膨胀。

　　5. 结构设计趋势

　　无金属集流体/自支撑电极：将硫宿主材料直接生长在碳布、碳纸上，避免使用惰性金属集流体和粘结剂，极大提高活性物质占比和能量密度。

　　一体化设计：将隔膜(或中间层)与正极结合，在隔膜上涂覆能吸附多硫化物的功能层(如碳/氧化物复合层)，作为第二道防线拦截穿梭。

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