路丙毅，贾 超，江国防，赵 新

(1. 湖南大学化学化工学院，湖南 长沙 410082) (2. 中国科学院上海有机化学研究所 中国科学院有机功能分子合成与组装重点实验室，上海 200032)

1 前 言

全球能源危机和环境问题推动了低碳排放的高效储能设备的发展，开发新的电化学储能器件迫在眉睫[1-3]。锂硫电池是以硫单质为正极、金属锂为负极的一种电池体系，由于硫在地壳中储量丰富，价格低廉、环境友好，且锂硫电池具有高的理论比容量(1675 mAh·g-1)和能量密度(2600 Wh·kg-1)，因此被誉为最有前途的二次电池候选者之一[4-8]。锂硫电池的工作过程是基于多步反应的工作原理[9, 10]，在放电过程发生的电化学反应大致可以分为3个阶段：第一阶段，单质硫分子(S8)得到电子，生成长链的可溶于醚类电解液的带负电的Sx2-(4≤x≤8)阴离子；第二阶段，以S42-形式存在的多硫化物得到电子，生成不溶的Li2S2；第三阶段，Li2S2进一步得到电子转化成不溶的Li2S。充电过程与之相反，短链的多硫化锂被氧化成可溶的长链多硫化锂，最终生成单质硫。锂硫电池存在的一些问题阻碍着其进一步的商业化应用[11, 12]，主要在于：① 硫单质及其放电产物的电导率都非常低，使得硫单质不能充分反应，从而导致锂硫电池正极的硫利用率低和倍率性能降低；② 由于硫和硫化锂的密度分别为2.03 g·cm-3和1.66 g·cm-3，在放电过程中会发生大约80%的体积膨胀，容易造成锂硫电池正极结构的不稳定，从而影响其循环稳定性；③ 硫单质在放电过程中生成的多硫化物易溶于电解液，并通过浓差作用穿过隔膜到达锂金属负极，随着反应的进行，多硫化物通过浓差和电场的作用重新回到正极，该过程循环往复，形成了所谓的“穿梭效应”，造成电池库仑效率低和容量损失快；……