具有更高的安全性和较高的理论能量密度的全固态锂硫电池（ASSLSBs）被认为是下一代储能系统的有希望的候选者。但是，由于在固态电解质（SSE）和导电碳中都掺入正极复合材料中以提供Li⁺/电子途径，从而导致电池能量密度降低以及不可避免的SSE分解。此外，由于SSE的部分重叠氧化还原反应，因此无法反映S或Li₂S正极极的真实电化学行为。近日，西安大略大学孙学良院士团队设计了一系列用于高性能ASSLSBs的独特的P₄S_10+n正极材料，这些正极材料完全不需要任何额外的SSE添加剂。并成功地证明，在锂化/脱锂过程中原位自发形成的高离子导电性Li–P–S组分是获得不含固体电解质添加剂的可逆P₄S_10+n正极材料的关键。

文章要点：

1）作者根据元素S（S₈）和商业P₂S₅（即二聚体P₄S₁₀）制备出P₄S_10+n（n = 6、12、18、24、30）材料。在共熔体系中，S₈环对多硫化物链或具有双自由基末端的裂化多硫化物开放，并且P₄S₁₀转化为P₂S₅自由基。因此，这两个成分之间容易发生加成反应，另外的S插入到原始P₄S₁₀中，形成P–S–P键。所制备的P₄S_10+n的粒径较大，直径为几微米。然而，利用P₄S_10+n在二甘醇二甲醚（DEGDME）中的良好溶解性，可以通过溶液法制备P₄S_10+n/C正极极复合材料，以实现更好的均质性和更小的颗粒尺寸。P₄S_10+n/C复合材料直接用作基于硫化物的ASSLSB中的正极，而没有任何固体电解质添加剂掺杂进正极材料。

2）作者使用同步加速器XANES，拉曼和XPS进行的多次分析证实，在初始锂化过程中，形成了高离子导电性Li₃PS₄以及少量Li₄P₂S₆物质。随后，形成了均匀Li–P–S网络以维持导电，确保可行的Li⁺正极内的迁移以及ASSLSBs 中P₄S_10+n/C正极的高可逆容量和良好的循环稳定性。尽管Li–P–S物质也部分显示还原/氧化作用。活性P₄S_10+n含量仍然可以达到70 w％。此外，经过180个循环，基于P₄S_10+n/C正极的ASSLSBs显示出良好的循环性能。

Xiaona Li, et al, Totally compatible P4S10+n cathodes with self-generated Li+ pathways for sulfide-based all-solid-state batteries, Energy Storage Materials, 2020,

DOI: 10.1016/j.ensm.2020.03.014.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720300957