传统锂硫电池电极依赖刮刀涂布制备二维薄膜，结构单一电解液浸润通道有限，充放电过程中单质硫易形成晶相，多硫化物溶解穿梭造成容量快速衰减，且涂布工艺无法定制多级孔道、异形储能结构。该顶刊工作将逆硫化硫共聚物与3D打印DIW挤出成型结合，从材料分子结构与电极宏观微观构型双重维度解决穿梭效应，为高能量密度锂硫微型、异形电池提供全套增材制造解决方案。

传统锂硫电极成型核心行业痛点

目前主流涂布与简单打印锂硫电极存在多重性能短板，制约高载量长循环器件研发：

1. 单质硫易结晶失活：纯硫粉体循环中形成规整晶体，结构破碎、活性物质脱落，容量断崖式下跌；

2. 多硫化物穿梭严重：二维薄膜电极无束缚孔道，多硫化锂溶于电解液扩散至锂负极，腐蚀负极、加速容量衰减；

3. 成型结构自由度极低：刮刀涂布仅能制备平整薄片，无法一体成型网格、点阵、梯度多孔复杂电极；

4. 普通油性浆料污染大，多数硫基打印浆料采用有机溶剂，挥发成本与环保压力高，水基浆料打印塌陷问题难以解决。

图：PDF原文Figure 1，包含SD硫共聚物合成、水基浆料配制、CAD建模、DIW挤出成型、冷冻干燥热处理、扣式电池装配完整工艺链路，铂邦设备可完整复现整套工序

高硫SD共聚物粉体合成工艺

论文采用逆硫化反应制备无晶态高硫活性材料，从根源抑制单质硫结晶，该粉体可直接用于DIW水基浆料调配：

1. 原料配比：单质硫与双环戊二烯DCPD高温反应，180℃恒温10分钟完成开环共聚；

2. 后固化处理：130℃保温12小时深度交联，得到SD硫共聚物粉末；

3. 材料表征：XRD无明显硫晶体衍射峰，TGA测试硫总含量62.1wt%，玻璃化转变温度55.7℃，仅残留2wt左右无定形硫；

4. 粉体优势：硫元素通过共价键固定在聚合物骨架，大幅降低充放电过程硫溶出，缓解穿梭效应。

图：包含浆料可打印性 Ashby 图谱、三轴DIW设备示意图、多孔网格电极实物与硬币尺寸对比，通过流变性能区分可打印与不可打印硫基浆料体系

水基打印浆料调配与预处理流程

整套浆料采用去离子水唯一溶剂，氧化石墨烯GO搭配Pluronic F127同步实现导电网络与流变调控，适配铂邦设备行星搅拌、真空脱泡一体化单元：

1. 功能组分：SD共聚物为活性物质，GO构建连续导电通路，F127作为流变粘结剂，少量碳纳米管辅助提升电子传导；

2. 多级分散：粉体分步投入水溶液，低速预混打散硬团聚；

3. 搅拌与真空脱泡：分段高低速行星搅拌，长时间抽真空去除浆料内部微气泡，规避打印件内部孔洞缺陷；

4. 流变调控：浆料具备高屈服应力、剪切变稀特性，满足大高度网格挤出成型不塌陷，LAOS流变测试可预判打印适配性。

DIW打印与生坯后处理工艺

依托笛卡尔三轴DIW打印平台（天津铂邦科技可提供），逐层沉积网格状多级孔电极，搭配冷冻干燥、分段热处理完成后固化：

1. CAD建模：设计规则网格立体结构，生成对应打印G代码，自由调控网格孔径、电极厚度；

2. 挤出成型：压力驱动浆料经细喷嘴逐层沉积，X/Y/Z三轴联动打印立体多孔骨架；

3. 冷冻干燥：低温真空干燥直接升华去除水分，避免溶剂挥发收缩造成电极开裂、孔道坍塌；

4. 热处理升温：阶梯加热促进SD共聚物动态键合，强化硫元素共价束缚，进一步抑制多硫化物溶出。

电化学性能与结构优势分析

三维网格多级孔电极相比传统涂布薄膜性能提升显著，核心优势体现在容量与循环稳定性：

1. 离子传输通道丰富：宏观网格+微观双级孔道，电解液充分浸润，离子迁移阻力大幅降低；

2. 穿梭效应抑制：聚合物骨架+多孔物理屏障双重束缚多硫化物，减少负极腐蚀；

3. 放电容量：初始比容量可达925 mAh gₛ⁻¹，长循环稳定性优异；

4. 循环寿命：200次充放电循环后容量保有率超60%，远优于同等硫含量二维涂布电极。

图：通过实拍照片与 SEM 形貌直观对比四类硫共聚物浆料成型效果，证实 SD-CNTs-GO 浆料流变失衡无法打印完整网格，其余三组配方均可成型轮廓完好的三维多孔电极

科研设备落地适配价值

该AFM顶刊完整工艺体系可直接作为DIW储能专用3D打印设备标准实验方案，面向锂硫、锂金属、各类水系储能电极研发：

1. 绿色水基浆料开发平台，摒弃有毒有机溶剂，降低实验室环保投入；

2. 自由定制多级网格、梯度、异形储能电极，适配微型穿戴、航空特种储能器件；

3. 支持硫共聚物、单质硫、硫化物多类活性材料浆料配方快速迭代；

4. 设备可配套冷冻干燥、气氛热处理配套模块，完整复刻打印后处理全链路。

相比传统涂布工艺，DIW浆料直写可从材料分子设计、电极构型设计双重维度优化锂硫电池循环寿命，是下一代高能量密度储能器件核心增材制造路线。