Li₂S復合材料作為鋰硫電池正極材料，不僅具有較高的理論比容量，還可用高嵌鋰能力的碳或硅材料代替金屬鋰負極，有效避免鋰枝晶刺穿隔膜造成的短路現象，成為研究者廣泛關注的熱點，鋰硫電池也被認為是最有前途的新一代電池。目前Li₂S復合材料主要分為3類復合材料，分別為：Li₂S/金屬、Li₂S/碳、Li₂S/導電聚合物。下面小編就上述三種Li₂S復合材料進行簡要介紹。

一、Li₂S/金屬復合材料

Li₂S/金屬復合材料是以Li₂S和Fe粉（摩爾比為1∶2）為原料，采用高能球磨制備正極復合材料。目前加入的金屬粉體主要有Fe、Co 等。

鋰硫電池示意圖

Li₂S/金屬復合正極材料優點是：復合電極表現出明顯的電化學性能優勢。

缺點是：在脫鋰過程中，金屬與其化合物之間不可逆的轉化導致了活性物質的損失，同時在電化學循環過程中伴隨著極化。

二、Li₂S/碳復合材料

Li₂S/C復合材料不僅可以提高Li₂S正極復合材料的電子電導率和電化學活性，還可以減小了多硫化物的溶解。Li₂S/C復合材料主要有：Li₂S/炭黑復合材料、Li₂S/碳納米管復合材料、Li₂S/多孔碳復合材料、Li₂S/石墨烯復合材料。

1、Li₂S/炭黑復合材料

Li₂S/炭黑復合材料制備方法有高能球磨法和化學氣相沉積法。

（1）高能球磨法

高能球磨法制備Li₂S/炭黑復合材料是將Li₂S和炭黑（CB），使用吡咯作為黏結劑，在高能球磨機中混合，然后燒結，制備Li₂S/炭黑（摻氮碳）核殼結構復合材料。

優點是：摻氮碳封裝核殼結構的設計對活性物質有很強的束縛作用，極大地提高了其利用率，電池比容量可以達到理論比容量的88%（1029mA?h/g），循環 100 次后比容量保持為652mA?h/g。

高能球磨法制備核殼結構Li2S/炭黑復合材料示意圖

（2）化學氣相沉積法

化學氣相沉積法是以炭黑為碳源，通過氣相沉積技術在Li₂S 粉體（平均粒徑為100nm）表面沉積大約 20nm 的 C 層，最終獲得納米結構的Li2S/炭黑復合材料。

優點是：納米結構使得鋰離子的擴散距離很短，電子傳輸迅速，且緩解了多硫化物在充放電過程中的溶解，因此電池具有很高的初始放電比容量（1083.5mA?h/g），循環200次后比容量還能保持為766.3mA?h/g。

納米結構Li2S/炭黑復合材料SEM圖

2、Li₂S/碳納米管復合材料

Li₂S/碳納米管復合材料制備工藝是首先將碳納米管（MWCNTs）在 600℃下去除水分和雜質后，加入硫化鋰的無水乙醇溶液中，超聲攪拌待溶劑揮發后在 400℃下熱處理，Li₂S 在分散的過程中沉積在碳納米管上，制得 Li₂S/碳納米管復合材料。

優點是：獨特的夾層結構電極不但有利于離子和電子的傳輸，而且能夠有效阻止電極在循環過程中中間產物的流失。

Li₂S/碳納米管復合材料夾層結構電極示意圖

3、Li₂S/多孔碳復合材料

Li₂S/多孔碳復合材料是以Li₂SO4和C為原料，通過高能球磨使其在低于Li₂SO4熔點（820℃）的溫度下發生碳熱還原反應，然后與多孔碳復合，制備出的納米級Li₂S/多孔碳復合材料。

納米級Li₂S/多孔碳復合材料SEM圖

Li₂S/多孔碳復合材料優點是：充放電過程中產生的聚硫化物束縛在正極材料中，避免其溶于電解液中，減緩穿梭效應，提高了活性物質S的利用率、電池的倍率性能和循環性能。

4、Li₂S/石墨烯復合材料

Li₂S/石墨烯復合材料制備方法是把Li₂S的無水乙醇溶液滴加到石墨烯片層表面，待溶劑揮發后通過CVD法在Li₂S/石墨烯表面沉積C層，得到納米Li₂S/石墨烯復合正極材料，在0.5C倍率下循環700次后比容量為724mA·h/g，容量保持率為97%。

Li₂S/石墨烯復合材料制備工藝流程

Li₂S/石墨烯復合材料優點是：具有良好的倍率性能和循環性能。納米級Li₂S在電極結構中能夠均勻地分布，避免出現嚴重的團聚現象。均勻分布及尺寸細小的納米Li₂S能夠更好地與電解液接觸，在電化學反應中能夠被充分活化，其電化學反應面積更大，有助于充放電過程中離子、電子地快速傳導。

三、Li₂S/導電聚合物復合材料

Li₂S/導電聚合物復合材料是通過導電聚合物聚吡咯（PPy）對Li₂S進行包覆，制備了Li₂S/PPy復合材料。

Li₂S/導電聚合物復合材料優點是：材料導電性能好，PPy較大的比表面積可以吸附放電過程中產生的多硫化物，減少其在電解液中的溶解，從而降低了電池容量的衰減。

參考文獻：1、姚真東，魏巍，王久林等，鋰硫二次電池正極研究進展。

2、楊娟，周向陽，唐晶晶等，一種鋰離子電池用硫化鋰-多孔碳復合正極材料及制備方法。

作者：李波濤