不知道兄弟们听没听过锂硫电池？据说这玩意和当下非常火爆的固态电池一样，充电快续航长，能真正的完成新能源领域的“充电五分钟，通话两小时”。那么下面咱们就来一块看看锂硫电池的结构原理，究竟有没有这么神？

  细说锂硫电池之前先给大家引个题外话，大家还记得一年多前曾火爆一时的钠离子电池吗？这玩意一度被视为电动汽车“白菜价”的终极武器，这眼瞅着都要2025年了，估计胎死腹中了，锂硫电池不知道会不会也重蹈覆辙。

  锂硫电池是锂电池的一种，以硫单质作为电池正极，金属锂作为负极。与一般锂电池不同的是，锂硫电池的反应机理是电化学反应，而非锂离子脱嵌。

  锂硫电池的工作原理是以电化学转换反应为基础，能够克服传统锂离子电池中插入式氧化物阴极、石墨阳极的局限性，理论上单位体积内的包含的能量更高。

  在锂硫电池工作过程中，负极反应为锂失去电子成为锂离子，正极反应为硫与锂离子还有电子反应生成硫化物，正负极反应的电势差就是锂硫电池能提供的放电电压。在外加电压的作用下，锂硫电池的正负极反应逆向进行，这就是充电过程。

  根据单位质量的硫单质完全转变为二价硫离子所能提供的电量，能得出硫的理论放电质量比容量大约为1600mAh/g，单质锂约为3800mAh/g，当硫与锂完全反应生成硫化锂时，电池理论放电质量比能量可达2600Wh/kg，而市面上大范围的应用的锂电池基本过不了300Wh/kg。

  加拿大韦仕敦大学的研究显示，全固态锂硫电池的放电产物不完全由硫化锂组成，而是会形成多硫化锂（Li2Sn，1≤n≤8），此现状还会随着放电过程中的电压变化而变化。

  举个例子，比如Li2S2在电压较高的情况下更容易形成，它的化学性质也比Li2S更加活泼，可逆性也更强，这就能够最终靠一些手段来促进Li2Sn这类化合物的生成，从而提升电池的容量还有循环寿命。

  在研发阶段，工程人员一般是通过操作电压来诱导Li2S2作为最终的放电产物，当然也可以放入部分催化剂（碘化锂）来实现，那么结果怎么样呢？

  通过硫复合电极测试，在25℃、2A/g的情况下，电池可以在一定程度上完成约980mAh/g的可逆容量，同时循环1500次不可能会出现明显的衰减，这在某种程度上预示着锂硫电池一旦上车，电动汽车的续航能力将直接翻倍。

  从结果来看，锂硫电池确实有着十分好的属性，不过您也知道，啥东西都有其自身的局限性，好不好都是相对的，那么锂硫电池面临的技术挑战还有优缺点是什么呢？

  先说说优点吧，首先锂硫电池经过组装后就已经带电，而传统的锂电池组装后，还需要为其充电或者说首次激活，才能附带电能。

  其次，锂硫电池的单位体积内的包含的能量很高，理论比容量能超过2600Wh/kg，而普通锂电池仅为300Wh/kg，那么在同等体积和重量的前提下，锂硫电池的使用时间更长。

  再次，随着多硫化物浓度的增加，电池里面的化学反应速率也会变快，通过多硫化物浓度的平衡，可以将反应速率大幅缩减，反映到电池上便能大幅缩减充电时间。

  最后，锂硫电池中的硫元素在地球中的含量极为丰富，价格实惠公道，同时也没有钴、锰、镍等重金属，从而避免了污染，即便在低温条件下性能表现也是颇为优异，不仅仅可以在-50℃至-40℃之间充放电，还能在-70℃至-100℃之间稳定放电。

  锂硫电池的不足也显而易见：第一，单质硫的电子导电性和离子导电性差，Li2Sn等产物也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能。

  第二，锂硫电池中间的放电产物Li2Sn（3≤n≤8）会溶于有机溶剂，增加电解液的粘度，降低离子导电性，多硫离子能在正负极之间迁移，也就是会出现我们常说的充不满电的现象。

  第三，电池放电产物Li2S和Li2S2基本不溶于电解液，会沉积在导电骨架表面或脱离，这些产物无法通过可逆的充电过程变成硫单质或多硫化物，造成电池容量不断衰减。

  第四，硫和硫化锂的密度相差非常大，在充放电过程中能够出现高达80%左右的体积收缩，不仅会导致正极结构发生变化，而且在大型电池中的体积效应会更大，同时锂负极在充放电中也会出现锂枝晶，导致电池损坏。

  以上的这样一些问题目前也有解决方案，主要是从电解液和正极材料两个方向上入手。在电解液方面，通过加入一些有机添加剂，或者将传统电解液替换为醚类，可以较为有效地缓解中间产物溶解的问题；在正极材料上，通过硫和碳或硫与有机物的复合，基本能够解决硫不导电和体积膨胀等问题。

  此前的澳大利亚科学家、阿德莱德大学团队都对锂硫电池进行过深入的研究，证明了在电子消费领域，高功率锂硫电池已经能够轻松为手机、笔记本电脑等电子科技类产品供电。

  国内，中科院金属研究所与新金路集团合作研发石墨烯锂硫电池，中核钛白占股公司与江苏合志新能源生产锂硫电池，中科院宁波材料所和赣锋锂业合作开发锂硫电池等。锂硫电池技术已具备可普及的成熟度，能够直接进行某些特定的程度的产业化推广。

  去年底，日本科学家也宣布成功突破了锂硫电池的技术瓶颈，并为锂硫电池技术提供了新的思路和方法，使锂硫电池更稳定和可控。外媒的小道消息称：丰田计划于2027或2028年推出采用锂硫电池的电动车型。