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环糊精和明胶表现出的电化学性能差异可能与 各自的分子结构有关[31].环糊精是淀粉的酶解产物， 属葡萄糖分子聚合物.本文所使用的茁-环糊精由7 个葡萄糖单位通过琢-1，4糖苷键首尾连接而成.其

HO H3

图9鈐环糊精的分子结构图 Fig.9 Molecular structure of ^茁-cyclodextrin

分子呈上宽下窄、两端开口、中空的锥形筒状结构(见 图9)，腔内部呈相对疏水性，而所有亲水性的羟基 都在分子外部，因此表现出内侧疏水，外侧亲水的特 性.可以使疏水物质形成水溶性的包含络合物，增加 被包含物质的稳定性.明胶是胶原蛋白质的水解产 物，属氨基酸分子聚合物，具有链状结构.而且，两者 所含的极性基团类型也不同.

 

Sun等[24~27]尝试过在锂-硫电池中使用明胶作为 粘结剂制备了一种硫基正极，该电极比PEO粘结剂 电极有着更高的容量和更好的循环性能.主要原因 在于明胶的高粘附能力保证了电极结构在电化学 循环过程中的稳定性，并且与集流体粘接紧密不剥 落[32];其次，明胶的分散性好[33]，能减轻循环过程中 活性物质的团聚；再则，亲水性的明胶不溶于有机 电解液，在电池中不溶胀，保持了电极结构的稳定. 一般认为这些优良的特性与明胶分子上的极性基 团一COOH和一NH2有关.这两种极性基团的存在 使得明胶充当一种良好的粘结剂、分散剂与稳定剂， 在硫基正极中发挥作用.

 

基于本文实验结果，环糊精要优于明胶，可以作 如下推测:单个茁-环糊精含有21个极性羟基，而环 糊精的相对分子量为1135，那么单位质量的环糊精 上就具有21/1135个羟基极性基团.明胶是由氨基 酸分子聚合而成，氨基酸的平均相对分子量为128， 大多数氨基酸上只连有一个极性羧基和一个极性氨 基，氨基酸聚合形成多肽链的过程中羧基(一COOH) 和氨基(一NH2)缩合形成酰胺键(一CO—NH—)，会

 

损耗大部分的羧基和氨基，只留下肽链两端的一个 羧基和一个氨基，以及肽链内部极少数特殊氨基酸 R基团上携带的少量羧基或氨基(见图10).明胶的 平均相对分子量在30000左右，那么单位质量的明 胶上就只剩下少量的自由极性基团（羧基和氨基)， 并且明胶的分子量越大，极性越小.因此，单位质量 的环糊精上所携带的极性基团数目要远大于明胶， 表现在物理特性上就是更好的分散性、粘结性和稳 定性.加上环糊精分子呈现出的中空微囊结构具有 更好的包合效果，这些可能是环糊精作为粘结剂更 具优势的原因.

 

3结论

 

加人5%-8%(w)的MCNTs能减轻硫基纳米颗粒 的团聚并改善复合正极材料的导电性，在初始容量 稍有下降的情况下显著改善了电极的循环性能.使 用环糊精或明胶作为电极的粘结剂可以在小电流倍 率下获得比传统的PVDF或PTFE粘结剂更高的容 量和更好的循环稳定性.在0.1C倍率下充放电，环 糊精为粘结剂的正极的初始充电容量为687.7 mAh.g-1，100次循环后为623.8 mAh.g-1，容量保持 率达90.7%. PTFE为粘结剂的正极虽然循环性能最 差，但是却有着最好的初期循环倍率性能，这是由于 粘结剂不同的物理特性造成的.环糊精、明胶和 PVDF粘结剂溶于各自的溶剂，在活性颗粒表面能 形成完整的粘结剂包覆层，而PTFE粘结剂以纳米 颗粒分散在电极中，在较低压强下的压片过程难以 使纳米微粒有效延展和丝化，电解液能与部分活性 颗粒直接接触，改善了界面反应动力学.但活性颗粒

极结构松动和导 电性变差.因此，表现出PTFE为粘结剂的电极有高 倍率充放电能力和差的循环性能.

 

环糊精作为一种新型的水性粘结剂在锂-硫电 池中表现出了优良的电化学性能，可能与分子内部 众多的羟基极性基团和特殊的中空微囊分子结构有 关.其更深层次的分子作用机理还有待进一步研究. 作为一种价廉无毒的水溶性粘结剂，环糊精在锂-硫 电池中具有极大的应用潜力.