鋰硫電池被認為是最具潛力的下一代高能量電池體系之一,但其也有致命缺陷。

鋰硫電池在充放電過程中，產生的聚硫化物能溶解于電解液中，隨電解液“游”到負極，與負極發生反應(即所謂的“穿梭效應”)。這一“穿梭效應”使得鋰硫電池在充放電過程中，外部放電，內部也跟著“耗電”，導致鋰硫電池的壽命遠不及鋰離子電池。

近年來，新能源汽車行業發展迅猛，對電池的要求也越來越高。但現階段商用的鋰離子電池能量密度較低、“升級版”的鋰硫電池容易自我“耗電”，這些都制約著電動汽車和便攜式電子產品等的續航能力，目前已成為行業“瓶頸”。在這種情況下，如何制備高性能電池成為行業研究的重點。

為此科學家們嘗試用各種方式把正極產物固定在正極內部，以減少穿梭效應的發生。

造電池和造房子一樣，結構穩定很重要。什么材料可以穩定“結構”呢?

能源圈(Oneneng_club)從中科院青島生物能源與過程研究所了解到，該所先進儲能材料與技術研究組團隊瞄準下一代高能鋰離子電池及其配套電解液和黏結劑的研究，從木頭中找到靈感，用可再生木質素纖維打造“鋼筋混凝土”般的電池，目前已成功制備出高性能鋰硫電池。

木質素是植物體中主要成分，是三種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵相互連接形成的具有三維網狀結構的生物高分子，存在于木質組織中。在木本植物中，木質素占25%，是世界上第二位最豐富的有機物，人們相對更熟悉的纖維素則是第一位。

木質素纖維就是通過對天然的木材經過一系列的物理化學處理，得到的一種含有木質素的有機纖維。木質素纖維具有優異的化學穩定性，無毒、無害、無污染，屬于純綠色環保的產品，可用于各種材料中充當穩定抗裂劑。

受此啟發，中科院青島能源所先進儲能材料與技術研究組的研究人員，將木質素纖維充當鋰硫電池正極材料的骨架，并與碳納米管、石墨烯共同組建了一種類似“鋼筋混凝土”結構的鋰硫正極材料，該正極材料有較強的柔韌性可以隨意折疊彎曲，如圖1所示。

                                                                                                               “類鋼筋混凝土”柔性載硫體極片制備示意圖

由于木質素分子內部含有大量的羥基(-OH)，能夠有效的與鋰硫電池正極中間產物中的Li+產生類似氫鍵(-HO…H)的鋰鍵相互作用(-HO…Li)。正是這種相互作用，使木質素纖維能夠很好的捕獲游離在電解液中的硫化物，讓它老老實實的待在正極。因此，木質素纖維充當“鋼筋”，既能穩固正極片結構，同時又能有效地吸附正極反應產生的硫化物。

此外，為了使電子能夠更加快速的傳輸到鋰硫電池的正極，研究人員在該柔性極片底部增加一層石墨烯薄膜，從而實現鋰硫電池的快速充放電的目的。

基于以上思路，該研究組制備出高性能鋰硫電池，其放電容量可接近鋰硫電池的理論容量，遠高于相關報道的容量;同時該電池表現出優異的循環穩定性，500圈后容量保持率高達86.5%。即使在9.2 mg cm-2高載硫量下(更高的載硫代表更高的能量密度)，該柔性極片通過雙層疊加的方式，使得鋰硫電池依舊保持優異的循環穩定性。

該方法具有簡單、易操作，制作成本低等諸多優勢，非常適合大規模推廣。該工作對提高鋰硫電池硫利用率和循環壽命提供了一種新的思路。