锂硫电池因其高理论比容量而吸引广大研究者的目光，但是其本质的“穿梭效应”使得其实际应用遭遇瓶颈。为了避免穿梭效应，研究者通过设计合适的载体（如微孔碳和硫化聚丙烯腈等）将传统锂硫电池“固-液-固”的两相反应控制为“固固”转化的单相反应，跳过多硫化锂的生成步骤。但是这些策略中载体的硫载量普遍较小，严重影响电池的能量密度。近日，中科院金属所孙振华和李峰课题组通过调节有机硫聚合物的结构实现了高载量硫正极的固固转化反应。

本文要点

1)   作者通过控制合成硫聚合物，将聚合物硫链中硫原子数量限制在三个及以下，从而使得正极活性物质还原时不出现可溶的长链硫物种。由于聚合物非活性部分分子量较低，因此此聚合物硫含量高达76 wt%；

2)   充放电曲线在2 V（vs. Li⁺/Li）左右表现出单一平台，首周放电容量高达996 mAh g^-1。在1 C倍率循环600周后，仍有332 mAh g^-1比容量， 平均每周容量损失0.076%；

3)   作者通过理论计算和原位表征验证了此聚合物的反应机理。

这一工作解决了基于“固固”转化反应硫正极的能量密度问题。同时，放电产物分子量很小却不在电解液中溶解是一个很亮眼的地方。本工作中聚合物非活性部分是烷基，没有任何功能。如果以损失部分比容量为代价，将烷基换成其他功能性基团，可能会对电池的长循环有提升效果。

参考文献：

X. Zhang, et al. Structure-Related Electrochemical Behavior of Sulfur-Rich Polymer Cathode with Solid-Solid Conversion in Lithium-Sulfur Batteries, Energy Storage Mater., 2021

DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.014

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829721005304?via%3Dihub