在國家自然科學基金項目的支持下，華南師范大學化學學院蘭亞乾教授和陳宜法教授在鋰硫電池粘結劑領域取得了重要研究進展。相關研究發表于Advanced Materials。華南師范大學2020級碩士研究生姚曉曼為該論文第一作者，蘭亞乾教授和陳宜法教授為通訊作者。
鋰硫電池以其優異的理論比能量（2567 Wh kg-1）和比容量（1675 mAh g-1）成為最有前途的一代儲能系統。盡管如此，Li-S電池仍然存在一些缺點，例如眾所周知的多硫化鋰（LiPSs）穿梭以及體積膨脹破壞電極結構完整性等問題，導致電池的電化學性能不理想。
目前，一些研究人員提出了通過“四高”（“4H”）和“四低”（“4L”）的標準來評價鋰硫電池的適用性，其中4H是指容量值> 1200 mAh g-1，mSL > 8 mg cm-2，RCathode > 70 wt%，庫侖效率 > 99.9%，4L表示孔隙率 < 60%，RN/P < 3, RE/S < 3 μL mg-1和最少的非活性物質。為了達到這些高標準，鋰硫電池的每一個部件都需要進行全面系統的設計。
作為電極中一種相對次要的組分，在正極中大多僅占<10 wt% 的粘結劑在一定程度上可以對鋰硫電池性能的改善起決定性作用。除了基本的粘結性能之外，理想的鋰硫電池粘結劑還應該表現出更多先進的功能，如LiPSs吸附/催化或Li+跳躍/傳輸。因此，設計滿足高標準的新型多功能聚合物粘結劑來代替PVDF用于下一代Li-S電池將是非常必要的。
在該項工作中，研究人員制備了一系列基于金屬卟啉的有機聚合物（M-COP，M = Mn，Ni和Zn）粘結劑并探索了Li-S電池正極原位編織策略。基于Mn-COP/CNT/S的電池在1 C下可提供1027 mAh g-1的初始比容量，在2 C下可提供913 mAh g-1的初始比容量，以及在4 C下具有超過1000次的優異循環穩定性（每次循環衰減僅0.064%）。
此外，該電池在8.1 μL mg-1的低E/S比下表現出1029.9 mAh g-1的高比容量，即使E/S比降低至5.8 μL mg-1，基于Mn-COP/CNT/S的電池仍能夠實現8.6 mg cm-2的高硫負載量，其在0.1 C下獲得的初始面積容量和比容量可以分別高達7.8 mA h cm-2和909.8 mA h g-1。
該研究工作為Li-S電池高性能粘結劑的開發提供了參考。