图为劳伦斯伯克利国家实验室Gao Liu

 　　Gao Liu：我今天很感谢组委会的邀请，非常感谢大家.我在我们组里是做与能量储存相关的东西，我们做锂离子电池、锂硫电池，所以我今天会花很多时间跟大家讲一讲我们组做的锂硫电池的一些相关情况。

　　粘结剂的工作我们做得的时间也比较长，从2010年就开始做功能粘结剂，而且我们组在这方面也是特别知名的，专门设计导电高分子的功能粘结剂，把硅的材料粘接在一起，在这个电极的设计里面，我们可以不用碳黑和碳纳米管，唯一用的是导电高分子。

　　我们不是靠添加剂增加电极的导电性，而是靠高分子，同时也改变了ACI形成的基理。

　　在这方面我不想讲特别多，我们只是给大家看一下我们这几年做的一些工作，我们一共做了三代功能高分子的粘结剂。第一代和第二代都是导电高分子，这个导电高分子的性能和一般的正常的导电高分子非常像。

　　第二代导电剂增加了锂离子的传输速度，所以这个锂离子的电阻明显的降低了。

　　第三代粘结剂是根据我们第二代粘结剂的特点，让第三代粘结剂可以更加容易做，而且让第三代粘结剂可以加入不同的高分子材料。我们设计的理念是把第二代粘结剂的主链切成不同块状的结构，把它放在策略上，然后把它变成一个粘结剂，在这个粘结剂里面，用策略来导电。第三代粘结剂的好处是可以非常容易改变粘结剂的结构。

　　我们现在有一系列的粘结剂是给不同的硅材料设计的，而且它的功能非常强，我们现在有一些是专门为纯硅的，有一些是为硅碳的。这一块是我们做的关于硅的粘结剂和硅电极的设计。

　　这一块是10年了一个工作，刚才有几位演讲嘉宾都在讲，这个电极里面我们放一点纳米管、放一点碳黑，我们在2000年左右的时候，那个时候也有很多工作，但是那个时候没有一个非常好的理论框架，从而让我们来了解电极设计的方向。

　　这三种活性物质，碳黑和高分子，这三个是最主要的东西。如果我们把两个组分混在一起，碳黑和PVDF，实际上我们得不到一个非常均匀的体系，我们得到的是一个非常不均匀的体系。

　　当你把不同的材料混在一起的时候，它并不是我们像一开始想象的，能够均匀的分散，我们借助一个特别基础的，在20世纪40年代的一个理论，当高分子和碳黑结构混在一起的时候，它会形成不同的高分子，有一些高分子会变得非常好，有一些会变得软一些，这个对它整体的性质是有很大改变的。我们从这一点就扩展到三电极结构。

　　我这一部分就是介绍我们组里的工作，下一块是关于锂硫电池，是我们组最近一两年的工作。

　　Gao Liu课题组另一工作人员：非常感谢刘老师给我这样一个机会，来让我介绍一下我们组对锂硫电池这1、2年的工作。

　　我现在任职于工信部电子5所，我们做锂硫电池最开始的出发点跟大家一样，都是因为我们看到了锂硫电池有巨大的理论容量和能量密度这样一个巨大潜力，由于它是石油提炼的负产物。具体的它的优势我就不多说了。

　　这个是一个充放电的曲线图，从它的原理上来讲，它有一个非常显著的特点，同时也是我们需要去克服的一个问题，它的多流化物会溶解到电解液中，这样跟锂金属反应就会导致一个我们非常不希望看到的一个物质。如果我们不能很好的设计电极结构是会影响它活性物质的利用率的。

　　我们组在导电粘合剂这方面有比较多年的经验，所以我们认为在这样一个锂硫电池中，特别是它有大量的固液相变反应，我们就可以来做一些界面的调控。

　　前面一张讲的是我们从原理上遇到的问题，现在大家都在说锂硫电池的产业化，我们也对这个做了一个简单的总结，如果要实现锂硫电池的产业化，我们需要解决的几件事情，我们认为现在大部分的实验室的成果非常好，但是他们主要依托于比较复杂的纳米合成技术，这些技术在大规模的生产中一方面成本比较高，另一方面是不适合于大规模生产的方式。

　　在早些时候，大概在1、2年前的时候，所有锂硫电池的极片的面负载量都是必须低的，但是是在1毫克左右。

　　下面进入到我们组具体的研究工作，我们组的研究工作大概在3个大的方向都有开展，第一个是关于粘合剂设计，第二部分是电解液，一个高性能锂硫电池的实现是非常重要的，同时我们也做了一些新兴的电极的结构的设计，我们其实是在这些所有的过程中我们都希望能够着重强调我们的目标。我们希望能够通过一些商用化的材料、商用化的手段来实现高性能。

　　第一部分是关于导电黏合剂的设计，这个是我们最开始，应该是国际上率先用这种商用化的导电粘合剂来的，同时，我们也用了这种商用化的Micrometric sulfur方式。

　　可以看到，这个导电粘合剂的性能跟传统的这种非导电粘合剂还是有一个很大的提升的。另外一方面，我们设计了一系列的锂硫电池的导电粘合剂。最突出的性能，现在最优异的当然是刘老师带着研究组去做的一个设计的工作。

　　在这样一个基础上我们要做什么？我们希望对它的基理做一定的研究，我们希望能够知道导电粘合剂在这个当中的作用。

　　我们利用我们组的导电粘合剂，比较丰富的这样一个优势，我们做了一系列的实验，我们发现硫化锂跟多流化物会有一个比较强的吸附。现在对于这种电极的功能化，也解决物理的吸附是一个非常热门的事情。我们也希望通过我们的研究知道这个功能团究竟有多大的作用。于是我们对比了这样两种导电粘合剂，一个是有非常强的吸附能力的，一个是吸附能力相对较差的两个性能。

　　这个里面说明什么？这个是50个循环之后拆开电极片的，这时候大家会有一个争论，你究竟是在什么情况下可以还原到固态流的一个状态。

　　随后我们也做了关于SEM的这种图片，由于时间关系就不详细说了。这个是我们对于导电基理的一个工作。我们有一个结论是这样的，有这种特定功能化的导电粘合剂确实可以限制这种穿梭效应。

　　第二部分的工作，关于电解液的。我们认为这种极片跟电解液这样一个匹配，会涉及到你的电解液是不是可以把极片所有的性能都体现出来这样一个问题。由于时间关系，我就不详说了。

　　我们希望在不同的电极以及电极的优化场合上，我们需要更合理的去配置这个电解液。

　　最后这个工作是关于我们的一个高负载锂硫电池这样的一个电极设计。我们主要是想实现这样一个高负载和高硫含量的工作。我们在提高负载量的时候我们遇到了一个问题，你只是提高到3毫克的时候你的容量根本就放不出来，当你拆开了电池的时候，它的问题是什么？你的电极片的表面会被一层厚的东西给覆盖住。实际上你这些东西回来的通道已经被堵塞了。

　　我简单介绍一下我们的工作，这个是一个比较新的点子，它的优势在于什么？三点非常简单的合成工艺，这个是我一直在强调的，我们希望用一个商用化可以实现的工艺。

　　1、求膜法；

　　2、挂图；

　　3、牺牲层法（音）。这个文章还没有出来，我也不太方便细说。

　　这个东西是跟所有的电极一样，是可以大尺度的生产的，大尺度的去做，而且均匀性非常好。

　　这个是我们对80硫含量的一个表征，这个是我们的合作者。

　　主持人：还是做了一个很好的工作。锂硫电池确实是一项很有挑战的工作，也有很多的问题，这个问题需要解决的难度也很大。

　　这个东西研究了几十年了，最大的问题是什么？锂金属电池的问题，孔的堵塞问题。

　　在座的可以提1到2个问题。

　　提问：教授您好！我想提的问题是关于导电粘结剂的问题，在保证导电性较好的时候如何可以保证粘度不降低？

　　在PPT的前面，有导电剂和过分子之间关于反应的问题，您能再详细说一下吗？

　　张勇：你可以看到这个电极循环的变化，它的粘接型号确实不是很好，但是这不是我们做的，是我们买的，它的粘接性不好，同时也没有一个非常好的东西。

　　你在问导电粘结剂对SEI互相之间的作用，你是在问这个吗？我们现在的想法是说，当然我们用导电粘结剂来联接硅的时候，它的各方面性能都会好很多。

　　我们的想法是什么？这个粘结剂本身是导电的，所以它的SEI的形成并不是在硅的表面，所以这样形成的基理和硅是不一样的，具体的影响我们还在研究。