鋰硫電池被視為下一代高能量密度電池體系的理想選擇之一，受到全世界科研界和產(chǎn)業(yè)界的高度關注，是未來各國布局的重點研究方向之一。但隨著研究的不斷深入，鋰硫電池也面臨日益嚴峻的挑戰(zhàn)。目前存在的主要問題是鋰硫電池的體積能量密度較低，導致其在很多重要的市場應用中失去競爭力，同時高電解液用量也成為其重量能量密度提高的瓶頸。

主要原因在于硫是離子和電子絕緣體，因此正極中的硫需要大量非活性物質(zhì)來發(fā)揮容量。一方面，需要加入大量高比表面積的碳（通常>30%）來保證電極良好的電子電導，導致電極孔隙率通常>70%(商業(yè)化鋰離子電池正極：<40%)，這就使鋰硫電池的體積能量密度大打折扣。另一方面，高氣孔率需要大量電解液浸潤和溶解中間產(chǎn)物來保證電極的離子電導（電解液活性物質(zhì)比:鋰硫電池通常>3uL/mg，商業(yè)化鋰離子電池通常<0.5uL/mg），從而大大限制了鋰硫電池的重量能量密度。因此，當前制約鋰硫電池實用化的關鍵技術瓶頸是如何在高活性物質(zhì)負載條件下（10mg/cm2），實現(xiàn)低電解液用量、高電極密度及低非活性物質(zhì)含量。

中國科學院物理研究所／北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源重點實驗室E01組副研究員索鎏敏(LiuminSuo)與美國麻省理工學院教授李巨（JuLi）和博士薛偉江(WeijiangXue)合作針對目前鋰硫電池存在的共性問題——電池器件級別能量密度不高的問題，創(chuàng)新地提出采用高電子和離子電導的嵌入式電極材料Mo6S8取代非活性物質(zhì)碳構成嵌入-轉(zhuǎn)換型混合電極，使得硫正極在保證高活性物質(zhì)負載量的條件下(大于10mg/cm2)，含碳量降低到小于10wt%，電解液活性物質(zhì)比大幅度降低到1.2μLmg-1，電極孔隙率低于55%。采用此新型混合電極的安時級軟包全電池在保證循環(huán)壽命的條件下單體能量密度大幅度提升，可以同時實現(xiàn)高的體積能量密度（581Wh/L）和重量能量密度（366Wh/kg），為未來開發(fā)新型高能量密度的鋰硫電池提供了一條全新的解決思路和切實可行的商業(yè)化技術方案（圖1）。該研究結果近日發(fā)表在《自然-能源》上（NatureEnergy，2019,DOI:10.1038/s41560-019-0351-0），文章題目為Intercalation-conversionhybridcathodesenablingLi–Sfull-cellarchitectureswithjointlysuperiorgravimetricandvolumetricenergydensities。

相關工作得到科技部重點研發(fā)計劃（2018YFB0104400）、國家自然科學基金委（51872322）等的支持。