锂硫电池具有理论比容量高(1675 mAh g^-1)和能量密度高(2600 Wh kg^-1)以及环境友好、成本低廉等特点，被认为是一种有前景的下一代高能量密度二次电池。然而，锂硫正极存在以下问题：循环过程中存在巨大的体积膨胀、正极硫及其放电最终产物(Li₂S₂/Li₂S)的电导率低、多硫化物“穿梭效应”等，制约了锂硫电池的性能和商业化发展。针对上述问题，我院许俊教授与中国石油大学鲁效庆教授以及合肥师范学院张钧君副教授合作，设计并制造出了一种独特的三明治结构锂硫正极，有效提高了锂硫电池的充放电性能，相关研究成果以“Sandwiched Cathodes Assembled from CoS₂-Modified Carbon Clothes for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries”为题发表于Advanced Science (中科院一区TOP，IF=15.84)，我院硕士研究生杨立坤为论文实验的主要实施者，合肥工业大学微电子学院为论文第一单位，该研究得到了国家自然科学基金的支持。

 三明治结构锂硫电池的结构示意图

 该工作基于CoS₂纳米颗粒修饰的柔性自支撑碳布(CC-CoS₂)，设计一种三明治结构锂硫正极(CC-CoS₂@S/AB@CC-CoS₂)，具有以下优势：（1）CC具有3D导电网络以及足够的空隙，不仅可以促进电子传输、提高硫负载量，而且能有效地缓释充放电过程中的体积膨胀；（2）均匀覆盖的CoS₂纳米颗粒具有良好的极性和催化活性，能显著增强对可溶性多硫化锂的化学吸附，提高S₈-Li₂S_n-Li₂S多步转化反应动力学；（3）三明治结构正极能有效抑制多硫离子的“穿梭效应”。该锂硫正极有效提高了锂硫电池的循环性能和倍率性能，对于硫负载为1.2 mg cm⁻² 的电池，在高倍率4C（1C = 1675 mA/g）下的比容量为823 mAh g⁻¹，并呈现出优异的循环稳定性，循环1000圈电池容量衰减率仅为每圈0.021%。当硫负载高达4.2和 6.1 mg cm⁻²时，电池在0.2 C下的首圈放电比容量分别为1097和897 mAh g⁻¹，循环100圈后容量未衰减。该研究工作为开发高性能锂硫电池提供了一种新的思路。

 论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202101019