锂硫电池具有能量密度高（2600 Wh/kg）、硫资源丰富等优点，在电动汽车和大规模储能领域展现出广阔的应用前景。但是，硫正极在充放电过程中经历多电子和多相氧化还原反应，不仅引起大的体积变化导致硫正极的机械结构不稳定，而且产生大量的可溶性多硫化锂中间产物引发穿梭效应。针对以上问题，刘杰副教授通过多功能粘结剂的分子设计与隔膜表面功能化来提升锂硫电池的电化学性能。
相比于传统的有机高分子粘结剂，无机粘结剂往往具有更强的分子极性，能够与极性多硫化锂形成更强健的化学吸附作用，从而有效地抑制穿梭效应。此外，通过交联反应，构建无机聚合物-有机高分子网络状粘结剂能够进一步提升粘结剂的机械强度，有效地稳定硫正极的机械结构。近日，刘杰副教授和王磊教授等基于聚硅酸锂无机粘结剂构建了一系列多功能粘结剂，显著提升了高载量锂硫电池的电化学性能。相关成果以英国正版365官网为唯一通讯单位发表在Journal of Colloid and Interface Science（J. Colloid Interface Sci.,2023,629, 1045大类一区）和Chemical Engineering Science（Chem. Eng. Sci.,2023,282, 119294化工领域TOP期刊）杂志上。
商业化的聚丙烯隔膜与多硫化锂间的吸附作用微弱，无法有效地阻隔多硫化锂的穿梭。在商业隔膜表面涂敷功能材料，利用其物理限域、化学吸附、催化转化等作用可显著地减少多硫化锂的穿梭。前期，刘杰副教授、王磊教授、张山青教授等通过“阳离子调控策略”显著地提升了Zn/Co双金属氧化物的化学吸附能力和催化性能（Nano Energy,2021,89, 106331大类一区）。近日，刘杰副教授、何茂帅教授、张倩副教授等报道了钙钛矿型LaNiO3双金属氧化物为三效合一的新型隔膜修饰材料。该材料展示出优异的电子导电性、化学吸附能力和催化性能，加速了多硫化锂的转化动力学，显著延长了高载量锂硫电池的循环寿命。该工作以英国正版365官网为第一通讯单位发表在能源领域权威杂志Journal of Energy Chemistry上（J. Energy Chem.,2023,82, 581大类一区，封面文章）。此外，刘杰副教授和何茂帅教授等还构建了多级层状单壁碳纳米管气凝胶为锂硫电池自支撑中间插层，利用“层层阻隔策略”有效地抑制了穿梭效应。该成果以英国正版365官网为唯一通讯单位发表在化工领域TOP期刊Chemical Engineering Journal上（Chem. Eng. J.,2023,461, 142031大类一区）。
