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硫化聚丙烯腈（SPAN）是一種非常穩(wěn)定和有前途的高能量密度鋰硫（Li-S）電池的硫化物正極材料，它可以規(guī)避多硫化物的溶解問題。然而，SPAN正極中由體積變化引起的應(yīng)力集中是比較顯著的，但很少被關(guān)注。

人們普遍認為，粘合劑在緩沖電極材料引起的應(yīng)力方面起著關(guān)鍵作用，從而保持電極的完整性。然而，從力學(xué)的角度來看，粘合劑對SPAN正極的實際影響的理解還有待深化。

黃云輝/李真/孫琪真AFM：通過光纖傳感器評估粘結(jié)劑對硫化聚丙烯腈正極的影響

在此，華中科技大學(xué)黃云輝教授&李真教授&孫琪真教授等人將光纖布拉格光柵（FBG）植入SPAN正極薄膜中，通過使用四種不同的粘合劑來現(xiàn)場評估電化學(xué)-機械行為。SPAN正極的內(nèi)部應(yīng)變演變受到不同粘合劑的粘附性和機械性能等多種因素的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，使用具有出色機械性能的聚丙烯酸（PAA）粘合劑的SPAN正極經(jīng)歷了最大的應(yīng)變變化，但在高硫負荷下的電化學(xué)性能甚至更好。此外，在高硫負荷條件下監(jiān)測了應(yīng)變變化，并試圖弄清硫負荷如何影響內(nèi)置FBG傳感器的信號。

圖1. 嵌入FBG傳感器的SPAN正極的SEM

總之，本工作利用光纖原位監(jiān)測的便利性和有效性，系統(tǒng)地研究了PAA、GG、CMC-SBR和LA133四種普通水基粘結(jié)劑在SPAN正極循環(huán)過程中的應(yīng)變演化規(guī)律。結(jié)果表明，不同力學(xué)性能的粘結(jié)劑對SPAN正極的應(yīng)變演化有確切的影響。加入PAA粘合劑的SPAN正極內(nèi)部應(yīng)變演化最劇烈，這是由于其粘附性能最好，應(yīng)變傳遞更有效。

隨著漿料澆鑄量的增加，應(yīng)變逐漸增大，直至光纖被完全包裹，表明FBG的應(yīng)變信號與活性物質(zhì)的加載有關(guān)。研究結(jié)果可為SPAN正極粘結(jié)劑的評價提供參考，有助于了解粘結(jié)劑對SPAN正極實際應(yīng)變演化的影響。

圖2. 使用四種粘結(jié)劑的SPAN正極的內(nèi)部應(yīng)變曲線

Evaluating the Effect of Binder for Sulfurized Polyacrylonitrile Cathode via Optical Fiber Sensors, Advanced Functional Materials?2023 DOI:?10.1002/adfm.202301736

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