Research progress of structures and properties of lithium polysulfides in lithium–sulfur batteries

面向电动汽车、无人机、航空航天等领域对高比能储能技术的迫切需求, 锂硫电池因其2600 Wh kg−1的理论能量密度成为突破传统锂离子电池能量密度极限的核心技术路径之一. 多硫化锂是锂硫电池的关键中间产物, 决定着电池多方面的实际性能. 面向高比能、大倍率、长循环和高安全的重要需求, 亟需重新认识多硫化锂的结构与性质, 以对其进行理性设计与调控. 本文系统评述了多硫化锂研究的三大核心问题: 在存在形式方面, 讨论了多硫化锂以阳离子为主要存在形式的特征及其在正负极的反应动力学机制, 从阴离子配位、共价修饰及静电平衡角度总结了多硫化锂阳离子的调控策略; 在溶剂化结构调控方面, 阐明了强/中/弱溶剂化电解液体系中多硫化锂的溶剂化结构, 指出封装型电解液双层溶剂化结构设计的应用潜力; 在液固反应方面, 介绍了锂硫电池三元相图新概念, 修正了传统放电容量分配理论, 指出硫化锂沉积不足是容量损失的核心问题. 本文最后展望了多硫化锂在电池工况下的动态演化机制, 提出了基于多硫化锂结构与性质指导多尺度协同设计的未来方向, 旨在为高能量密度锂硫电池的理性设计提供关键理论支撑, 并启发其他多相多中间体电化学体系的跨尺度热力学–动力学分析与研究.