硫化聚丙烯腈（SPAN）因其非多硫化物溶解性和優異的循環穩定性，已成為下一代鋰硫（Li-S）電池的有效陰極材料。然而，對構成SPAN聚合物骨架的熱解聚丙烯腈作用和影響仍知之甚少。近日，上海交通大學王久林對一系列不同硫含量的SPAN材料進行了電化學、光譜學、電子顯微鏡和理論計算等多方面的綜合研究。
本文要點：
1) 結果表明，聚合物骨架至少具有四種關鍵功能。首先，在SPAN的合成過程中，聚合物骨架為通過化學鍵合引入硫提供了反應位點。其次，它通過硫的脫氫反應建立了一個π共軛網絡，并作為SPAN的導電框架。化學鍵合的硫原子摻雜了聚合物骨架，從而縮小了最高占據分子軌道——最低未占據分子軌道（HOMO-LUMO）能隙。第三，聚合物骨架在決定第一庫侖效率方面起著至關重要的作用，不可逆插入的鋰原子進一步摻雜了聚合物骨架并減小了HOMO-LUMO能隙。最后，聚合物骨架內的吡啶氮對硫化鋰（Li2S）物種表現出吸附作用，從而穩定了SPAN陰極的循環性能。
2) 此外，在1至3 V的工作電壓范圍內，聚合物骨架對碳酸鹽電解質中的SPAN陰極可逆容量幾乎沒有貢獻。該研究加深了人們對SPAN的理解，并為開發更好的SPAN材料和可充電電池提供了重要指導。
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
