硫化鋰正極材料及研究進(jìn)展

蘇冠睿， 張春飛， 艾旺圣， 袁金良

(寧波大學(xué) 海運(yùn)學(xué)院，浙江寧波 315211)

鋰硫電池因具有超高的能量密度、優(yōu)異的環(huán)境友好性、低廉的硫材料成本而成為下一代最具潛力的動(dòng)力電池之一。鋰硫電池的應(yīng)用前景廣闊，其商業(yè)化能較好地解決目前電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程短的問(wèn)題。另外，在風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能等可再生能源的存儲(chǔ)中將發(fā)揮巨大的作用。然而，鋰硫電池也因存在很多難以克服的問(wèn)題而限制其商業(yè)化應(yīng)用，主要存在活性物質(zhì)導(dǎo)電性差，多硫化物(Li2Sn)的穿梭效應(yīng)及氧化還原反應(yīng)速率緩慢等問(wèn)題。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響鋰硫電池的比能量、庫(kù)侖效率和循環(huán)穩(wěn)定性，阻礙鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用。鋰硫電池正極材料主要有硫單質(zhì)和硫化鋰(Li2S)兩種形式,大量研究表明，Li2S 比硫具有更突出的優(yōu)勢(shì)。因此，Li2S 復(fù)合正極材料的研究逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，與其復(fù)合的宿主材料主要有碳基材料、聚合物、無(wú)機(jī)金屬化合物等，通過(guò)充分利用宿主材料的物理吸附和電化學(xué)催化功能，從而達(dá)到有效改善鋰硫電池性能的目的。

1 鋰硫電池正極材料及存在的主要問(wèn)題

1.1 鋰硫電池正極材料

鋰硫電池屬于鋰金屬電池中的一種，其中正極材料可細(xì)分為硫基和Li2S 基兩類。電池涉及的反應(yīng)機(jī)理相同，僅充放電順序不同。以硫?yàn)檎龢O材料情況下，放電時(shí)負(fù)極的鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極的硫與鋰離子化合生成Li2Sn，并最終生成Li2S。在充電過(guò)程中，鋰硫電池的正負(fù)極反應(yīng)逆向進(jìn)行，具體反應(yīng)如(1)所示。若正極為L(zhǎng)i2S，則反應(yīng)過(guò)程如(2)所示。

(1) 正極為單質(zhì)S

電極反應(yīng)過(guò)程[1]：

(2) 正極為L(zhǎng)i2S

電極反應(yīng)過(guò)程：

研究表明，具體的放電過(guò)程更為復(fù)雜。硫在反應(yīng)中被逐步鋰化(S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4)，形成一系列Li2Sn，可溶的長(zhǎng)鏈Li2Sn再逐步形成短鏈的不可溶硫化物(Li2S4→Li2S2→Li2S)，進(jìn)而以固體形式重新沉淀到電極上。由此可見(jiàn)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，電極反應(yīng)經(jīng)歷了固-液-固的轉(zhuǎn)變，是一個(gè)多相反應(yīng)體系。因此，與傳統(tǒng)的鋰離子電池有很大不同之處。

1.2 鋰硫電池硫正極存在的主要問(wèn)題

(1)導(dǎo)電性差：正極活性物質(zhì)單質(zhì)硫?qū)щ娦暂^差，其中硫單質(zhì)的電導(dǎo)率只有5×10-30S/cm[2]。

(2)穿梭效應(yīng)：放電中間產(chǎn)物L(fēng)i2Sn易溶解在有機(jī)電解液中，導(dǎo)致活性物質(zhì)硫的減少。在正極溶解的長(zhǎng)鏈Li2Sn穿過(guò)隔膜到負(fù)極與金屬鋰反應(yīng)，被還原成短鏈的Li2Sn；而充電時(shí)，負(fù)極的Li2Sn又會(huì)穿過(guò)隔膜回到正極，被氧化成長(zhǎng)鏈的Li2Sn。這個(gè)過(guò)程就是鋰硫電池的“穿梭效應(yīng)”?！按┧笮?yīng)”可導(dǎo)致鋰硫電池中活性物質(zhì)損失，金屬鋰負(fù)極被腐蝕，造成庫(kù)侖效率低和循環(huán)壽命短等問(wèn)題[3]。由于存在“穿梭效應(yīng)”，Li2Sn最終被還原成Li2S，并沉積在負(fù)極鋰的表面上形成鈍化層。這不僅導(dǎo)致活性物質(zhì)的損失還增加了電池的阻抗，阻礙了負(fù)極鋰與電解液的良好接觸，從而抑制負(fù)極與電解液之間的鋰離子交換，減緩了電極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[4]。

(3)體積膨脹：因?yàn)榱虻拿芏葹?.96 g/cm3，Li2S 的密度為1.66 g/cm3，兩者存在較大的密度差，導(dǎo)致單質(zhì)硫在鋰化過(guò)程中產(chǎn)生約80% 的體積膨脹[5]。體積增大會(huì)使部分活性物質(zhì)與集流體失去良好接觸，破壞電極結(jié)構(gòu)，切斷電子傳輸，造成電池容量下降。

(4)電極動(dòng)力學(xué)過(guò)程緩慢：硫存在電子絕緣性等多因素引起的氧化還原反應(yīng)速率緩慢的問(wèn)題，特別是液態(tài)Li2S4向固態(tài)Li2S 的轉(zhuǎn)化遲滯以及Li2S 較高的活化能壘，嚴(yán)重制約著電池的倍率性能[6]。

1.3 硫化鋰正極材料的主要問(wèn)題及優(yōu)勢(shì)

Li2S 是鋰硫電池硫正極放電的終產(chǎn)物，可以看作是硫的預(yù)鋰化。因此，二者存在共性問(wèn)題。硫存在電子絕緣性，Li2S也是電子絕緣材料，導(dǎo)電率很低(電導(dǎo)率約10-13S/cm)[7]，在其氧化過(guò)程中，也同樣存在Li2Sn的“穿梭效應(yīng)”和氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢等問(wèn)題。區(qū)別之處是，Li2S 對(duì)水較敏感，在空氣中易吸收水蒸氣發(fā)生水解，放出劇毒硫化氫氣體。因此，Li2S 的制備條件也相對(duì)苛刻，主要采用球磨法[8]、溶劑法[9]、直接碳復(fù)合法[10]等。另外，Li2S 作為正極材料，其初始氧化時(shí)還需要克服一個(gè)很大的活化能壘(過(guò)電壓)[11]。不過(guò)，Li2S 也有很多優(yōu)勢(shì)，其理論比容量高達(dá)1 166 mAh/g[12]，還能避開硫的首次鋰化過(guò)程導(dǎo)致的體積膨脹問(wèn)題。此外，它能和非鋰金屬陽(yáng)極(碳、硅等)配對(duì)組成鋰離子電池，避開了一直懸而未決的金屬鋰枝晶問(wèn)題。因此，Li2S 是非常有潛力的正極材料。

2 Li2S正極材料的研究進(jìn)展

2.1 碳基/Li2S 復(fù)合材料

2.1.1 單質(zhì)碳/Li2S 復(fù)合材料

單質(zhì)碳材料的種類很多，主要有熱解碳、石墨、碳納米管、石墨烯等。碳材料具有良好的導(dǎo)電性，能有效地提高電極材料的導(dǎo)電率，從而提高電池的比容量。

熱解碳或低結(jié)晶度碳材料比較容易制得，通過(guò)簡(jiǎn)單的高溫?zé)峤饧纯尚纬商?Li2S 復(fù)合材料，最具有代表性的方法是化學(xué)氣相沉積法(CVD)。Yang 等[13]通過(guò)CVD 技術(shù)在Li2S 顆粒上成功沉積均勻的導(dǎo)電碳層，獲得了核-殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料(nano-Li2S@C)。所制備的納米Li2S 顆粒的平均尺寸約為100 nm，碳?xì)ず穸燃s為20 nm。Li2S@C 顆粒可以縮短鋰離子的擴(kuò)散距離，且外殼碳層可以加速電子傳輸，并能夠有效限制可溶性多硫化物的遷移。在0.2C時(shí)初始放電比容量達(dá)到1 083.5 mAh/g，200 次循環(huán)后比容量為766.3 mAh/g，循環(huán)衰減率為0.15%。另外，高溫?zé)峤夂季酆衔锴膀?qū)體也是較常用的方法。Liang 等[14]采用聚苯乙烯為前驅(qū)體，通過(guò)高溫?zé)峤夂铣沙鼍哂懈週i2S 含量的多孔碳涂層復(fù)合材料Li2S@C。該復(fù)合材料在0.1 A/g 的電流密度下循環(huán)200 次，單次容量衰減率為0.18%，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

碳納米管和石墨烯具有出色的物理化學(xué)性質(zhì)，因而也常被用作鋰硫電池正極的負(fù)載材料。Chen 等[15]通過(guò)噴霧干燥法和熱處理制得Li2S 與碳納米管(CNT)的復(fù)合材料(Li2S@CCNT)[見(jiàn)圖1(a)]。3D CNTs 骨架網(wǎng)絡(luò)可抑制Li2Sn的擴(kuò)散，同時(shí)提供良好的電子傳輸路徑，使得Li2S@C-CNT 復(fù)合材料具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，如圖1(b)、(c)所示。Li 等[16]采用熱解法將石墨烯納米片聚集體(GNA)和硫酸鋰(Li2SO4)的混合物制備成Li2S-GNA 復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Li2SGNA 樣品的初始放電比容量為693 mAh/g，第40 次放電比容量為508 mAh/g，庫(kù)侖效率約為95%。 賈順新等[17]制備的Li2S/石墨烯復(fù)合材料具有豐富的微孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，可顯著提高復(fù)合電極材料的電導(dǎo)率并能通過(guò)物理截留作用限制Li2Sn的擴(kuò)散，從而獲得較高的庫(kù)侖效率和良好的循環(huán)性能。表1為不同碳基/Li2S 復(fù)合材料的循環(huán)性能。

圖1 (a)Li2S@C-CNT的合成過(guò)程示意圖；(b) 電流密度為0.2 C時(shí)，負(fù)載量為3 mg/cm2的Li2S@C-CNT陰極的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性；(c) 在0.1 C電流密度下，負(fù)載量為5 mg/cm2的Li2S@C-CNT陰極的循環(huán)性能[15]

表1 不同碳基/Li2S 復(fù)合材料的循環(huán)性能

2.1.2 雜原子摻雜的碳基/Li2S 復(fù)合材料

采用雜原子摻雜的方法，可增強(qiáng)非極性碳材料與極性Li2Sn之間的相互作用力并顯著提升碳基材料的導(dǎo)電性，因此是改善Li2S 電極性能的有效手段。目前，碳材料的雜原子摻雜主要有氮原子摻雜、磷原子摻雜、硼原子摻雜、過(guò)渡金屬原子摻雜等形式。其中，氮摻雜的研究已獲得較大進(jìn)展[18]。Hu等[19]在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中蒸發(fā)聚丙烯腈(PAN)和Li2S 的混合物，成功合成了Li2S@NRC 復(fù)合材料。在0.5C的高倍率下，電池的初始比容量為958 mAh/g，超過(guò)1 000 個(gè)循環(huán)后，每個(gè)循環(huán)的容量衰減率僅為0.041%。研究發(fā)現(xiàn)，磷/氮共摻雜比單一氮原子摻雜效果更佳，Zhang 等[20]合成了一種來(lái)自植酸摻雜聚苯胺的氮磷共摻雜碳(N,P-C)骨架，制備無(wú)粘結(jié)劑的Li2S 陰極。摻有N 原子和P 原子的3D 多孔碳結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更好的電子傳輸和Li+遷移。P 原子摻雜的碳骨架增強(qiáng)了與硫的相互作用，從而有助于抑制多硫化物的溶解與擴(kuò)散，提高了庫(kù)侖效率。此外，P 原子摻雜碳材料改善了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，通過(guò)催化電極反應(yīng)降低了電極極化，并在提升離子電導(dǎo)率方面起著至關(guān)重要的作用。在0.1C的100 個(gè)循環(huán)中，電池庫(kù)侖效率為99.4%，放電比容量為700 mAh/g。硼摻雜的研究相對(duì)較少，Zhou 等[21]用液體滲透-蒸發(fā)涂覆的方法分別制備出了氮、硼摻雜的石墨烯氣凝膠負(fù)載Li2S 的復(fù)合電極材料，制備方法如圖2(a)所示。雜原子N 或B 摻雜有利于電荷快速轉(zhuǎn)移，并能改善非極性石墨烯骨架和極性Li2Sn之間的親和力，使石墨烯電極具有穩(wěn)定的循環(huán)性能。從圖2(b)可知，在0.5C倍率下，相比未摻雜的還原石墨烯，二者的比容量均有較大幅度提升，放電比容量分別為657 和597 mAh/g，300 次循環(huán)后平均容量衰減率分別為0.129% 和0.134%。由此可見(jiàn)，N 原子摻雜要優(yōu)于B 原子參雜。表2 為不同元素?fù)诫s的碳基/Li2S 復(fù)合材料的循環(huán)性能。

圖2 (a) Li2S的涂覆過(guò)程以及石墨烯基電極的原位充放電示意圖；(b) 在0.5 C倍率下，商用Li2S-rGO、Li2S/rGO、Li2S/B-doped G 和Li2S/N-doped G等電極的300次循環(huán)充放電性能和庫(kù)侖效率[21]

表2 不同元素?fù)诫s的碳基/Li2S 復(fù)合材料的循環(huán)性能

2.2 聚合物基/Li2S 復(fù)合材料

聚合物用于鋰硫電池的研究相對(duì)較少。Cui 等[22]通過(guò)在Li2S 顆粒上進(jìn)行吡咯的原位聚合，合成了Li2S-聚吡咯(PPy)復(fù)合材料。PPy 中的N 原子帶有孤對(duì)電子，它與Li2S 具有較強(qiáng)的Li-N 相互作用，可使PPy 牢固地覆蓋在Li2S 的表面，從而抑制Li2Sn在電解質(zhì)中的溶解。另外，導(dǎo)電的PPy 也有助于電子傳導(dǎo)。另一類是非導(dǎo)電聚合物，目前很少用于鋰硫電池系統(tǒng)中。 Hao 等[23]選用一種具有離子選擇性的磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜，與獨(dú)立式SWCNT/rGO 結(jié)構(gòu)構(gòu)成界面層[如圖3(a)]。因?yàn)镾PEEK 膜帶有負(fù)電的離子納米通道，可以成為阻攔Li2Sn擴(kuò)散的屏障和促進(jìn)Li+離子快速傳輸?shù)耐ǖ?。從圖3(b)和(c)可知，相對(duì)未添加聚合物的參比組而言，SPEEK 聚合物明顯改善了電池的循環(huán)性能。

圖3 (a)含有SPEEK 的陰極與SWCNT/rGO中間層構(gòu)成的界面示意圖；(b)有/無(wú)SWCNT/rGO 中間層條件下，Li2S陰極的電池電壓-比容量曲線對(duì)比圖；(c)有/無(wú)SWCNT/rGO 中間層條件下，電池的循環(huán)性能對(duì)比圖[23]

2.3 無(wú)機(jī)金屬化合物基/Li2S 復(fù)合材料

無(wú)機(jī)金屬化合物也是一類極有潛力的Li2S 宿主材料，該類化合物的極性表面與極性的Li2Sn之間有較強(qiáng)的相互作用(路易斯酸-堿相互作用)，具有表面吸附和催化的雙重效果，因而引起了研究人員的高度重視。研究表明，利用金屬與Li2Sn之間的路易斯酸堿相互作用能有效地抑制Li2Sn的“穿梭效應(yīng)”[24]。目前研究較多的主要有金屬碳(氮)化物(MXene)、金屬氧化物、金屬硫化物、金屬磷化物等。

2.3.1 MXene 基/Li2S 復(fù)合材料

MXene 因具有類似石墨烯的典型二維(2D)結(jié)構(gòu)而受到廣泛的關(guān)注[25]。作為MXene 的代表化合物，過(guò)渡金屬碳化物和氮化物具有高導(dǎo)電性、獨(dú)特的三明治層狀結(jié)構(gòu)等，已被廣泛應(yīng)用于電極材料。

王等[26]合成了Li2S@MXene/G 陰極材料。多層片狀的Ti3C2材料比表面積大、表面活性位點(diǎn)多，不但可以增加活性物質(zhì)Li2S 的負(fù)載量，還能充分起到吸附催化的效果。結(jié)果表明，Li2S@MXene/G 陰極中Li2S 的含量高達(dá)9 mg/cm2，比容量為5.04 mAh/cm2，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。Liang 等[27]通過(guò)高能球磨法制備了多層的Ti3C2/Li2S 復(fù)合材料(ML-Ti3C2/Li2S)，在0.2C條件下，100 次循環(huán)充放電后，能保持450 mAh/g 的電池比容量(初始電池比容量約為700 mAh/g)。 Pourali 等[28]將Ti3C2Tx分散在Li2S-EtOH 溶液中，制備了Li2S/Ti3C2Tx復(fù)合材料。電極初始比容量為708 mAh/g，100 次循環(huán)后容量保持率為74.5%(528 mAh/g)。

2.3.2 金屬氧化物/Li2S 復(fù)合材料

金屬氧化物可作為鋰硫電池中硫的宿主材料，該類研究主要通過(guò)構(gòu)建不同的形貌結(jié)構(gòu)(包括一維的納米線、納米棒，二維的納米片，以及三維的納米球等)，從而合成出具有較大比表面積和分層結(jié)構(gòu)的金屬化合物材料。近年來(lái)，金屬氧化物負(fù)載Li2S 的研究逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)。Chen 等[29]通過(guò)熱處理和原子層沉積技術(shù)制備出氧化石墨烯海綿負(fù)載氧化鋁和Li2S (Al2O3-Li2S-GS)的分層結(jié)構(gòu)材料。Li2S 表面沉積的納米Al2O3不僅對(duì)Li2Sn的擴(kuò)散有物理限制作用，還可以通過(guò)鋰-氧鍵合作用抑制長(zhǎng)鏈Li2Sn的溶解，從而確保較高的比容量。Al2O3-Li2S-GS 具有736 mAh/g的初始比容量，300次循環(huán)后容量保持率為88%(0.5C)，1 000 次循環(huán)充放電后容量衰減率為0.028%(2C)。Yuan 等[30]證明Li2S 與TiO2(110)晶面之間的鍵能強(qiáng)度(≥2.18 eV)明顯大于其與石墨烯之間的鍵能強(qiáng)度(＜1.0 eV)，所以金屬氧化物TiO2可更好地與Li2S 結(jié)合，提高Li2S 的利用率。Wu 等[31]通過(guò)蒸發(fā)含有鈦基的Li2S-乙醇溶液，然后進(jìn)行熱處理，制備Li2S@LiTiO2復(fù)合材料，如圖4(a)所示。因?yàn)閷訝畹腖iTiO2殼不僅具有離子和電子傳導(dǎo)性，而且能與Li2S形成非常強(qiáng)的化學(xué)鍵。最重要的是，LiTiO2可以將長(zhǎng)鏈Li2Sn快速轉(zhuǎn)化為短鏈Li2Sn，表現(xiàn)出較高的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性[圖4(b)]。

圖4 (a) Li2S、Li2S-LiTiO2和Li2S@LiTiO2復(fù)合納米顆粒的工藝流程示意圖；(b) Li2S@LiTiO2陰極在C/2和1 C下的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性[31]

2.3.3 金屬硫化物/Li2S 復(fù)合材料

金屬硫化物廣泛存在于自然界中，有很強(qiáng)的親硫性，可用作鋰硫電池硫正極的宿主材料。Seh 等[32]用二維層狀過(guò)渡金屬TiS2作為鋰硫電池陰極的宿主材料，合成了納米Li2S@TiS2核-殼高導(dǎo)電性復(fù)合材料[圖5(a)]。TiS2中存在極性的Ti-S 鍵，Ti 原子可以通過(guò)Ti-S 鍵合作用與Li2S 以及Li2Sn產(chǎn)生化學(xué)吸附作用，因此Li2S 與TiS2的結(jié)合能遠(yuǎn)高于其與碳基石墨烯之間的結(jié)合能。如圖5(b)和(c)，Li2S@TiS2材料表現(xiàn)出良好的倍率性能。Chung 等[33]設(shè)計(jì)了一種Li2S-二硫化鈦-電解質(zhì)(Li2STiS2-E)復(fù)合陰極。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)同時(shí)提高了Li2S 的活化效率、電荷存儲(chǔ)容量和循環(huán)壽命。TiS2是一種可吸附Li2Sn的電化學(xué)活性材料，能有效阻止Li2Sn溶解在電解液中。另外，TiS2的高電導(dǎo)率可增強(qiáng)電池正極Li2S 的氧化還原反應(yīng)速率，將Li2S-TiS2-E 陰極的活化能勢(shì)壘從3.5 V 降到3.0 V，高效活化了Li2S，促進(jìn)了電極反應(yīng)。因此，Li2S-TiS2-E 復(fù)合材料具有較高的質(zhì)量比容量(704 mAh/g)和面積比容量(4.23 mAh/cm2)。

圖5 (a) Li2S@TiS2核殼納米結(jié)構(gòu)合成過(guò)程的示意圖；(b)0.2 C到4 C多倍率循環(huán)充放電測(cè)試，Li2S@TiS2陰極的比容量；(c)充放電壓分布圖[32]

2.3.4 金屬氮化物/Li2S 復(fù)合材料

相對(duì)金屬氧化物和金屬硫化物而言，金屬氮化物具有更高的電子導(dǎo)電性，因此是十分有應(yīng)用潛力的宿主材料之一。Zhou 等[5]采用石墨烯包覆具有TiN-TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合物作為L(zhǎng)i2S 的宿主材料。碳的非極性表面對(duì)極性多硫化鋰(LiPS)的親和性較差，但石墨可通過(guò)物理阻隔作用抑制LiPS的擴(kuò)散。TiO2和TiN 對(duì)LiPS 均有很強(qiáng)的吸附性，此外，TiN 還具有電催化功能，可促進(jìn)LiPS 向Li2S 轉(zhuǎn)化，在電極界面上完成LiPS 的捕捉-擴(kuò)散-轉(zhuǎn)化等過(guò)程，很好地抑制了“穿梭效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)的高效利用和反應(yīng)的快速進(jìn)行。在0.3C倍率下，7TiN:3TiO2-G 涂層可提供927 mAh/g 的比容量，每個(gè)周期的容量衰減僅為0.027%。但是，由于氮化物的合成條件比較嚴(yán)苛、成本高、結(jié)構(gòu)難以控制，其應(yīng)用受到了較大的限制。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，碳基材料、聚合物、金屬化合物等作為負(fù)載Li2S 的宿主材料均能不同程度地改善電池的性能。雜原子摻雜的碳基材料和無(wú)機(jī)金屬化合物是性能表現(xiàn)較為突出的兩類宿主材料，但二者也各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，碳基材料制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而且兼有廉價(jià)和環(huán)保的特點(diǎn)，因此應(yīng)用潛力巨大。但是，摻雜的碳材料也存在極性較弱，振實(shí)密度低，表面活性位點(diǎn)數(shù)量無(wú)法有效控制的弊端。金屬化合物表面的極性活性位點(diǎn)與Li2Sn的相互作用，可以有效改善Li2S 正極的性能。另外，通過(guò)采用多種納米合成技術(shù)，構(gòu)建分層的、高比表面積的金屬化合物材料，可以進(jìn)一步提高Li2S 的負(fù)載率。相對(duì)多孔碳宿主材料而言，納米金屬化合物對(duì)Li2Sn的吸附能力更強(qiáng)且有較高的振實(shí)密度來(lái)維持電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。但是，大多數(shù)金屬化合物導(dǎo)電性較差，密度大，脆性高，特別是Li2S 的電極負(fù)載率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際應(yīng)用需求，其在鋰硫電池中的應(yīng)用受到了很大的限制。

就未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)而言，Li2S 復(fù)合正極材料仍將是鋰硫電池研究的熱點(diǎn)方向之一。如何有效抑制多硫化物在電解液中的溶解和提升電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)仍是要攻克的重點(diǎn)問(wèn)題。具體來(lái)講，宿主材料的選擇要考慮如下特點(diǎn)：高比表面積，以實(shí)現(xiàn)硫的高負(fù)載量；高電導(dǎo)率，以增強(qiáng)電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；材料結(jié)構(gòu)有利于鋰離子傳輸和硫的體積膨脹；材料表面對(duì)Li2Sn的氧化還原反應(yīng)有高效催化作用等。在充分考慮以上特性的同時(shí)，盡可能提高Li2S 在復(fù)合材料中的含量，從而獲得具有長(zhǎng)循環(huán)壽命和高能量密度的Li2S 基復(fù)合材料。如果鋰金屬問(wèn)題也能得到很好解決，鋰硫電池必將在未來(lái)的新能源領(lǐng)域占據(jù)重要的一席之地。