锂硫（Li-S）电池由于其超高的理论比容量，是最有前途的下一代储能装置之一。但是，其实际应用受到一些不可避免的不利因素的严重阻碍，例如硫和Li₂S的绝缘特性，正极的体积膨胀，多硫化物的穿梭效应以及锂枝晶在负极上的生长。其中，多硫化物的穿梭效应是导致活性物质不可逆转损失和电池容量快速下降的最主要原因之一。

有鉴于此，华南理工大学杜丽副教授综述了具有抑制多硫化物迁移的功能性涂层的改性隔膜。此外，将用于锂硫电池的固态电解质分为三类：无机固态电解质，固态聚合物电解质和复合固态电解质。最后，提出了关于开发优化策略用以抑制多硫化物穿梭，以增强锂硫电池循环稳定性面临的挑战和观点。

文章要点

1）研究人员总结了多硫化物穿梭效应的原因。在放电过程中，锂离子的氧化会产生锂离子和电子，然后通过隔板和液体电解质迁移到硫正极的表面。固体S₈随后与迁移的锂离子和电子反应形成长链多硫化物Li₂S₈，它倾向于溶于醚基液体电解质中。之后，S的化合价降低并且S₈^2-变为S₆^2-和S₄^2-。 Li₂S₈逐渐变成可溶性多硫化物Li₂S₆和Li₂S₄。不幸的是，多硫化物可以容易地溶解在基于醚的电解质中并行进到锂金属负极的表面。随着多硫化物浓度的增加，将形成中间体的钝化层并覆盖负极表面。然后剩余的中间体返回到硫正极，即``穿梭效应''。这造成了活性材料不可逆转的损失和锂负极的钝化，从而降低了实际比容量并缩短了LSBs的寿命。为了提高LSBs的实际循环性能，应该探索抑制多硫化物穿梭的有效策略。几十年来，研究人员一直致力于优化的硫正极，改进的隔膜/中间层，新型电解质系统和优化的锂负极。

2）隔膜在LSBs中具有至关重要的作用。它们将正极和负极分开，并防止电池内部短路。此外还充当电子绝缘体和本征离子导体。经过改进和功能化的隔膜可以改善LSBs的性能和循环稳定性。作者根据改性剂对多硫化锂的作用将隔膜分为具有吸附作用，分离作用和催化作用的三类隔膜。

3）尽管由于固态电解质抑制了多硫化物的穿梭而使LSBs的比容量得到了提高，但室温下的低离子电导率和高的界面电阻导致其具有较差的速率性能和循环性。作者将无机固体电解质分为氧化物固体电解质，硫化物固体电解质和氢化物，将固体聚合物电解质分为聚环氧乙烷（PEO）和其他基于聚合物的聚合物，将复合固体电解质分为聚合物/无机填料，复合固体电解质和其他复合固体电解质。

4）目前，具有改性隔膜的LSBs的性能仍不能满足商业应用的需求。为了更好的抑制和催化效果，作者认为一些性能需要进一步优化：（1）改性隔膜的质量和厚度负荷应合理控制，以降低内部电阻并降低能量密度。（2）改性隔膜应具有丰富而均匀的化学吸附和催化位点。（3）具有平滑的Li⁺通道的改性隔膜的高离子电导率对于Li⁺的传输也至关重要。

5）作者认为，迄今为止，还没有能够解决固态电解质所存在的问题，对于大规模应用而言，还有很长的路要走。未来，设计一种性能优良且性能稳定的理想无聚硫固态电解质是抑制LSBs中多硫穿梭的发展方向。

Shulian Li, et al, Inhibition of Polysulfide Shuttles in Li–S Batteries: Modified Separators and Solid-State Electrolytes, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202000779

https://doi.org/10.1002/aenm.202000779