朱鑫鑫，蒋 伟，万正威，赵 澍，李泽珩，王利光，倪文斌，凌 敏，梁成都

（1浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江 杭州310007；2浙江大学衢州研究院，浙江 衢州324000）

电动汽车和移动设备的快速发展，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。锂离子电池受制于正负极材料自身理论容量低的限制，其能量密度很难突破400 W·h/kg[1-2]。Li-S电池在高能量密度的提升上具有锂离子电池无法比拟的优势，硫单质的理论比容量高达1675 mA·h/g，同时也可补偿过渡氧化物的氧化还原电位低带来的能量密度损失。Li-S电池的理论质量密度和体积能量密度分别可高达2600 W·h/kg和2800 W·h/L，被认为是最具有潜力的电池体系之一[3-4]。此外，硫单质在自然界中稳定的存在方式为冠状硫八元环结构(α-S8)，储存丰富、成本低廉、对环境友好。

尽管液态Li-S电池具有上述优势，但其大规模应用依旧面临以下关键问题。对于硫正极来说[5-7]：①单质α-S8及其放电产物Li2S 的电子电导率较低(10-30S/cm)，其电子绝缘性限制了S和Li2S之间的固-固转换；②正极结构体积变化。室温下α-S8晶态的硫和放电最终产物Li2S 的密度分别为2.07 g/cm3和1.66 g/cm3，这会导致电池在充放电循环中产生约80%的体积变化，进而导致正极结构坍塌，影响电池的循环稳定性；③穿梭效应问题。中间产物多硫化物会溶解到电解液中，扩散到锂负极表面并形成不溶性的Li2S、Li2S2和其他短链多硫化物，其迁回正极会继续失电子氧化，导致活性材料利用率降低，库仑效率下降。锂负极也面临着诸多挑战[8-9]：①体积变化。金属锂在电化学沉积/脱嵌过程中发生游离态和化合态的相互转变，在此过程中体积变化巨大，易引起电池内压力变化和电极/电解质界面不稳定；……