《Journal of Colloid and Interface Science》：Constructing a mechanically robust and polysulfide-trapping aloe-based binder via molecular crosslinking for high-loading lithium-sulfur batteries
编辑推荐：
•交联网络提供了高机械强度，剥离强度达1.53 N，厚度变化率仅为13.8%。•丰富的含氮和含磷极性基团协同锚定多硫化物并加速氧化还原动力学，促进Li?S均匀成核。•AG-Glyp粘合剂赋予优异的倍率性能和循环稳定性，在0.5C下每圈容量衰减仅0.08%。•含磷基团形成保护性
- •
交联网络提供了高机械强度，剥离强度达1.53 N，厚度变化率仅为13.8%。
- •
丰富的含氮和含磷极性基团协同锚定多硫化物并加速氧化还原动力学，促进Li?S均匀成核。
- •
AG-Glyp粘合剂赋予优异的倍率性能和循环稳定性，在0.5C下每圈容量衰减仅0.08%。
- •
含磷基团形成保护性炭层，赋予硫正极自熄阻燃特性。
引言
得益于其无与伦比的理论能量密度（2600 Wh kg?1）和质量比容量（1675 mAh g?1），加之硫的地球丰度、经济可行性和生态友好性，锂硫电池（LSBs）被广泛认为是未来高储能技术的潜在基石[1], [2]。然而，LSBs的实际应用面临重大挑战，尤其是活性材料体积变化显著、锂多硫化物（LiPSs）穿梭效应、反应动力学缓慢以及潜在安全风险[3], [4], [5]。在硫载量高、电解液稀少的实际应用场景中，这些问题尤为突出，导致容量衰减加速、热稳定性下降以及与LiPSs迁移相关的安全隐患[6], [7]。因此，在高载量条件下精确调控电化学反应并提升电池固有安全性已成为核心研究难题。
粘合剂在维持正极结构完整性方面的作用远不止于机械附着。传统聚偏氟乙烯（PVDF）粘合剂缺乏极性官能团且机械强度不足，无法抑制LiPSs的穿梭效应，也无法承受高载量电极在循环过程中产生的巨大应力，导致活性材料脱落和电化学性能下降[8]。近年来，壳聚糖、羧甲基纤维素（CMC）和瓜尔胶（GG）等生物质粘合剂[9], [10], [11]因环境友好性及极性基团的存在而受到关注。然而，它们大多具有线性分子链结构，在有机电解液中易溶胀甚至溶解，难以提供足够的机械约束以缓冲体积膨胀，其化学锚定多硫化物的能力仍有待提升。
构建柔韧的三维（3D）网络结构已被证明可有效应对上述问题。通过引入多功能小分子作为“交联中心”，可将线性聚合物转化为具有高弹性和强化学作用力的3D框架[12]。尽管已有针对多组分混合网络或共价交联网络的研究，但能够平衡机械强度、高效捕获多硫化物并提升电池安全性的多功能粘合剂仍鲜有报道。特别是在硫载量增加时，正极反应动力学迟缓问题更为严重，亟需一种能主动参与调控氧化还原动力学的功能网络[13]。
据此，本研究以天然阿洛丁（AG）作为粘合剂的基础框架，并在分子水平引入Glyp作为交联剂。Glyp同时含有膦酸基团（–PO?H?）和仲胺基，可通过酯化反应和氢键与AG的羟基同时反应，形成稳定的三维共价交联网络。因此，这种独特的3D结构不仅在高物理层面为高载量正极提供强韧的机械约束，显著降低循环过程中的界面应力（剥离强度高达1.53 N），更重要的是，AG-Glyp中的含氮和含磷基团展现出多功能活性位点效应。一方面，它们能有效锚定LiPSs并加速其氧化还原动力学，促进Li?S均匀成核，从而使电池在0.5C下表现出1236.1 mAh g?1的高比容量，并在500次循环后保持良好容量保持率（每圈容量衰减仅0.08%）。即使在5.0 mg cm?2的高硫载量和稀电解液条件下，该电池系统仍实现4.4 mAh cm?2的稳定面容量。另一方面，含磷组分可在高温下形成保护性炭层并捕获自由基，赋予电极优异的自熄性能，从根本上提升电池安全性[14], [15]。本研究通过构建3D交联网络，有机整合了机械约束、化学动力学调控与安全保障，为开发长循环寿命、高比能量和可靠安全的先进LSBs提供了新设计理念。
章节摘要
AG-Glyp粘合剂的制备
将新鲜芦荟去皮、破碎、过滤、离心并冷冻干燥获得固体AG。随后在60°C下将所得AG与Glyp（阿拉丁公司，分析纯）按9:1、8:2和7:3的质量比在溶液中混合，进行4小时的交联反应。交联后，产物经冷冻干燥、用蒸馏水洗涤去除未反应的Glyp，再次冷冻干燥获得AG-Glyp粘合剂。
结果与讨论
AG-Glyp粘合剂的合成路线如图1a所示。首先通过研磨、离心和冷冻干燥从新鲜芦荟中提取AG。随后在60°C下将AG与Glyp按不同质量比（9:1、8:2和7:3）进行4小时交联反应。在交联过程中，Glyp中的羧基（–COOH）和膦酸基团（–PO?H?）与AG中的羟基（–OH）反应，形成基于AG链的三维（3D）网络结构。
结论
综上所述，本研究成功开发出一种适用于高性能LSBs的生物源、芦荟基三维交联水性多功能粘合剂（AG-Glyp）。通过共价键和氢键的协同耦合，AG-Glyp形成坚固而柔韧的3D网络，同时实现机械约束、化学调控和热保护功能。在物理层面，交联框架为高载量硫正极提供强机械完整性，
CRediT作者贡献声明
曲宇豪：撰写初稿、调研、概念设计。刘沙沙：方法学、调研。倪兵波：调研、数据管理。李广印：撰写-审阅与编辑、资源。曾佳：软件、调研。王瑞琪：调研、数据管理。顾星星：撰写-审阅与编辑、方法学、数据管理、概念设计。许莉：撰写-审阅与编辑、资源。
利益冲突声明
特此声明，所有贡献作者均无任何可能影响本研究的财务或个人关系。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（项目编号：51902036、42301130、22278193）、重庆青年创新人才计划（项目编号：CSTB2025YITP-QCRCX0063）和重庆市教委重点科技研究项目（项目编号：KJZD-K202200807）的资助。
曲宇豪|刘沙沙|倪兵波|李广印|曾佳|王瑞琪|顾星星|许莉
