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全固態設計可有效解決鋰有機電池的挑戰，例如有機電極材料(OEMs)的溶解和鋰負極的安全性。然而，之前基于羰基型OEM的嘗試未能在室溫全固態鋰電池(ASSLBs)中實現可接受的電化學性能。

武漢大學宋智平、艾新平等報道了用于ASSLBs的首個有機二硫化物正極材料，聚（三硫氰尿酸）（PTTCA），它在所有有機正極材料中顯示出優異的電化學性能。

圖1 材料合成及表征

首先，通過原位聚合方法引入碳納米管以提高正極復合材料的電子導電性。其次，PTTCA正極和Li₇P₃S₁₁(LPS)電解質之間的Li+···N配位相互作用促進了它們的緊密接觸。第三，PTTCA與LPS的界面相容性優于羰基型PAQS，這可以用軟硬酸堿理論和它們之間可能的催化作用來解釋。

圖2 基于LPS電解質和PTTCA正極的ASSLB示意圖及材料表征

受益于上述優勢，PTTCA 展示了全固態鋰有機電池最出色的電化學性能，尤其是在室溫下。在50 mA g^-1的電流密度下可逆容量達到410 mAh g^-1，對應91%的高活性材料利用率和767 Wh kg^-1的高能量密度。

經過100次充放電循環測試（2 個月以上）后，容量保持率仍保持在83%，這證明ASSLB中不再存在PTTCA（放電形式）的溶解問題。這些結果表明，有機二硫化物正極和硫化物電解質的結合為兩者提供了新的發展機會，為全固態鋰有機電池的實際應用提供了機會。

圖3 全固態鋰有機電池性能

Room-Temperature All-Solid-State Lithium–Organic Batteries Based on Sulfide Electrolytes and Organodisulfide Cathodes. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102962

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武大宋智平/艾新平AEM：首個用于全固態鋰電池的有機二硫化物正極材料

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