Li-S電池作為新興的儲(chǔ)能技術(shù)備受關(guān)注，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：高理論能量密度，低成本以及環(huán)境友好。那么，為什么Li-S電池至今還未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化呢？其阻礙至少有以下三點(diǎn)：
1）S及其放電產(chǎn)物L(fēng)i2S/Li2S2導(dǎo)電性差；
2）中間產(chǎn)物聚合硫化物L(fēng)iPSs的溶解流失；
3）完全鋰化之后體積膨脹高達(dá)80%。
這三個(gè)問(wèn)題使Li-S電池產(chǎn)生了自放電、庫(kù)倫效率低以及循環(huán)穩(wěn)定性差等諸多缺點(diǎn)。為了解決以上問(wèn)題，人們采取了一系列措施，包括：將S和導(dǎo)電材料復(fù)合，構(gòu)建LiPSs阻礙層，開發(fā)新的電解質(zhì)，采用功能化粘結(jié)劑。最常見的一種策略就是將S和導(dǎo)電碳材料復(fù)合，這是由碳材料優(yōu)異的導(dǎo)電性和納米結(jié)構(gòu)多樣性決定的。
考慮到非極性碳對(duì)極性聚合硫化物的吸能能力有限，簡(jiǎn)單的C/S復(fù)合正極材料仍然難以解決長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性的問(wèn)題，研究人員又開發(fā)了一系列利用極性官能團(tuán)或者極性表面修飾來(lái)增強(qiáng)對(duì)聚合硫化物的吸附
圖1.各種極性宿主材料飽和吸附聚合硫化物的示意圖
有鑒于此，新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文課題組和北京計(jì)算科學(xué)研究中心劉利民課題組合作報(bào)道了一種基于TiO@C空心球包裹S的正極材料，突破了以往通過(guò)化學(xué)鍵防止聚合硫化物流失的極限值，并表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。
圖2. TiO@C-HS/S的制備
TiO@C空心結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于：
1）足夠的空間滿足S的高負(fù)載量和鋰化后的體積膨脹；
2）TiO存在大量O和Ti空位，表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性和化學(xué)耐受性；
3）TiO極性外殼阻礙聚合硫化物向外擴(kuò)散，使限域效應(yīng)的最大化。
由于TiO@C空心結(jié)構(gòu)高導(dǎo)電性和對(duì)聚合硫化物的強(qiáng)吸附能力，基于TiO@C/S復(fù)合材料的正極在0.1 C條件下放電容量高達(dá) 1100 mAh g-1，在0.2 和0.5 C條件下循環(huán)500次，每次容量衰減0.08%。
總之，這項(xiàng)研究工作為高電化學(xué)性能Li-S電池循環(huán)穩(wěn)定性的研究提供了新的思路！
圖3. TiO@C-HS/S的電化學(xué)性能
圖4. 循環(huán)前后，電極薄膜和隔膜的變化
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