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Binder-conductive additive design for practical sulfurized polyacrylonitrile lithium–sulfur batteries

Müller, Ralf und Gerle, Martina und Boenke, Tom und Härtel, Paul und Nojabaee, Maryam und Abendroth, Thomas und Althues, Holger und Kaskel, Stefan (2026) Binder-conductive additive design for practical sulfurized polyacrylonitrile lithium–sulfur batteries. Watt, 1 (18). Springer. doi: 10.1007/s44503-026-00019-9. ISSN 3091-4027.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s44503-026-00019-9

Kurzfassung

Lithium–sulfur batteries are widely regarded as promising next-generation energy storage owing to their high theoretical energy density and the abundance of sulfur. Sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) has emerged as a compelling active material, retaining the advantages of sulfur while mitigating several of its challenges. However, due to SPANs low active material content, optimizing electrode density becomes essential to minimize electrolyte content and maximize energy density at cell level. Calendering SPAN electrodes triggers a pronounced spring-back effect that compromises conductive additive percolation and electrochemical performance. This study evaluates the mechanical and electrochemical properties of SPAN electrodes with various binders and conductive additives, focusing on their performance before and after calendering. Rheological investigations and tensile tests revealed comparable behaviors between the acrylonitrile multi-copolymer binder LA133 and carboxymethyl cellulose (CMC)/styrene butadiene rubber (SBR). Resistivity measurements demonstrated superior conductivity with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), especially in calendered state. Electrochemical impedance spectroscopy of symmetrical cells highlighted the material morphology impact, showing enhanced stability in systems employing LA133 and MWCNT across calendering degrees. Furthermore, the optimized formulation enabled rate capabilities up to 3 C with approximately 75% capacity retention in calendered state and long-term cycling over 700 cycles in coin cells. Multi-layered pouch cells exhibited 90% capacity retention after 100 cycles, underscoring the practical viability of SPAN-based cell design with advanced electrode formulations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227306/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Binder-conductive additive design for practical sulfurized polyacrylonitrile lithium–sulfur batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Müller, Ralfralf.mueller (at) iws.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerle, MartinaMartina.Gerle (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2492-8367230068794
Boenke, Tomtom.boenke (at) iws.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Härtel, Paulpaul.haertel (at) iws.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nojabaee, MaryamMaryam.Nojabaee (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5225-3526230068795
Abendroth, ThomasThomas.Abendroth (at) iws.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Althues, HolgerHolger.Althues (at) iws.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaskel, StefanFraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWSNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 September 2026
Erschienen in:Watt
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:1
DOI:10.1007/s44503-026-00019-9
Verlag:Springer
ISSN:3091-4027
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Sulfurized polyacrylonitrile SPAN Lithium Batteries Pouch cells Spring-back
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Gerle, Martina
Hinterlegt am:15 Okt 2026 10:01
Letzte Änderung:15 Okt 2026 10:01

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