Li₂S复合材料作为锂硫电池正极材料，不仅具有较高的理论比容量，还可用高嵌锂能力的碳或硅材料代替金属锂负极，有效避免锂枝晶刺穿隔膜造成的短路现象，成为研究者广泛关注的热点，锂硫电池也被认为是最有前途的新一代电池。目前Li₂S复合材料主要分为3类复合材料，分别为：Li₂S/金属、Li₂S/碳、Li₂S/导电聚合物。下面小编就上述三种Li₂S复合材料进行简要介绍。

一、Li₂S/金属复合材料

Li₂S/金属复合材料是以Li₂S和Fe粉（摩尔比为1∶2）为原料，采用高能球磨制备正极复合材料。目前加入的金属粉体主要有Fe、Co 等。

锂硫电池示意图

Li₂S/金属复合正极材料优点是：复合电极表现出明显的电化学性能优势。

缺点是：在脱锂过程中，金属与其化合物之间不可逆的转化导致了活性物质的损失，同时在电化学循环过程中伴随着极化。

二、Li₂S/碳复合材料

Li₂S/C复合材料不仅可以提高Li₂S正极复合材料的电子电导率和电化学活性，还可以减小了多硫化物的溶解。Li₂S/C复合材料主要有：Li₂S/炭黑复合材料、Li₂S/碳纳米管复合材料、Li₂S/多孔碳复合材料、Li₂S/石墨烯复合材料。

1、Li₂S/炭黑复合材料

Li₂S/炭黑复合材料制备方法有高能球磨法和化学气相沉积法。

（1）高能球磨法

高能球磨法制备Li₂S/炭黑复合材料是将Li₂S和炭黑（CB），使用吡咯作为黏结剂，在高能球磨机中混合，然后烧结，制备Li₂S/炭黑（掺氮碳）核壳结构复合材料。

优点是：掺氮碳封装核壳结构的设计对活性物质有很强的束缚作用，极大地提高了其利用率，电池比容量可以达到理论比容量的88%（1029mA·h/g），循环 100 次后比容量保持为652mA·h/g。

高能球磨法制备核壳结构Li2S/炭黑复合材料示意图

（2）化学气相沉积法

化学气相沉积法是以炭黑为碳源，通过气相沉积技术在Li₂S 粉体（平均粒径为100nm）表面沉积大约 20nm 的 C 层，最终获得纳米结构的Li2S/炭黑复合材料。

优点是：纳米结构使得锂离子的扩散距离很短，电子传输迅速，且缓解了多硫化物在充放电过程中的溶解，因此电池具有很高的初始放电比容量（1083.5mA·h/g），循环200次后比容量还能保持为766.3mA·h/g。

纳米结构Li2S/炭黑复合材料SEM图

2、Li₂S/碳纳米管复合材料

Li₂S/碳纳米管复合材料制备工艺是首先将碳纳米管（MWCNTs）在 600℃下去除水分和杂质后，加入硫化锂的无水乙醇溶液中，超声搅拌待溶剂挥发后在 400℃下热处理，Li₂S 在分散的过程中沉积在碳纳米管上，制得 Li₂S/碳纳米管复合材料。

优点是：独特的夹层结构电极不但有利于离子和电子的传输，而且能够有效阻止电极在循环过程中中间产物的流失。

Li₂S/碳纳米管复合材料夹层结构电极示意图

3、Li₂S/多孔碳复合材料

Li₂S/多孔碳复合材料是以Li₂SO4和C为原料，通过高能球磨使其在低于Li₂SO4熔点（820℃）的温度下发生碳热还原反应，然后与多孔碳复合，制备出的纳米级Li₂S/多孔碳复合材料。

纳米级Li₂S/多孔碳复合材料SEM图

Li₂S/多孔碳复合材料优点是：充放电过程中产生的聚硫化物束缚在正极材料中，避免其溶于电解液中，减缓穿梭效应，提高了活性物质S的利用率、电池的倍率性能和循环性能。

4、Li₂S/石墨烯复合材料

Li₂S/石墨烯复合材料制备方法是把Li₂S的无水乙醇溶液滴加到石墨烯片层表面，待溶剂挥发后通过CVD法在Li₂S/石墨烯表面沉积C层，得到纳米Li₂S/石墨烯复合正极材料，在0.5C倍率下循环700次后比容量为724mA·h/g，容量保持率为97%。

Li₂S/石墨烯复合材料制备工艺流程

Li₂S/石墨烯复合材料优点是：具有良好的倍率性能和循环性能。纳米级Li₂S在电极结构中能够均匀地分布，避免出现严重的团聚现象。均匀分布及尺寸细小的纳米Li₂S能够更好地与电解液接触，在电化学反应中能够被充分活化，其电化学反应面积更大，有助于充放电过程中离子、电子地快速传导。

三、Li₂S/导电聚合物复合材料

Li₂S/导电聚合物复合材料是通过导电聚合物聚吡咯（PPy）对Li₂S进行包覆，制备了Li₂S/PPy复合材料。

Li₂S/导电聚合物复合材料优点是：材料导电性能好，PPy较大的比表面积可以吸附放电过程中产生的多硫化物，减少其在电解液中的溶解，从而降低了电池容量的衰减。

参考文献：1、姚真东，魏巍，王久林等，锂硫二次电池正极研究进展。

2、杨娟，周向阳，唐晶晶等，一种锂离子电池用硫化锂-多孔碳复合正极材料及制备方法。

作者：李波涛