锂硫电池理论比能量可达到 2600 Wh·kg-1,是普通商用锂离子电池的5倍以上。同时硫又具有来源丰富、无毒、环境友好等特点,被认为是当前最具研究价值的二次电池体系之一。但是,锂硫电池仍面临诸多挑战。第一,单质硫导电性差,并且最终还原产物 Li2S2 和 Li2S 也是电子绝缘体。第二,S8 在充放电过程中,被氧化还原成长链状中间产物 Sn2-(3≤n≤8),易溶于有机电解液并扩散至金属锂负极表面,并与之
反应,导致电池容量衰减,库仑效率降低。第三,S8 和 Li2S 密度不同,硫在锂化过程中有明显的体积膨胀(约 80%左右),充放电过程中反复的膨胀收缩可造成电池电极结构的破坏。第四,金属锂枝晶导致的安全问题仍未解决。针对这些问题,我们设计基于多级孔碳、碳纳米管、石墨烯和泡沫铜的微纳米结构电极材料应用于锂硫电池体系,对克服这些问题具有良好的效果。