综述：锂硫电池设计的当代趋势：液态、准固态和全固态结构及机理的比较综述

本综述系统比较了液态（LELSB）、准固态（LEQSSM/QSSE）和全固态（ASSLSB）锂硫电池的机理与设计策略，重点分析了LiNO3添加剂的功能局限性与替代方案（如SPAN正极、LHCE/WSE电解质），指出通过抑制多硫化物穿梭效应和优化固-固转化路径可实现高能量密度（＞600 Wh kg?1）与安全性提升，为下一代储能技术商业化提供关键见解。

　　

锂硫电池的机理演进与设计策略

锂硫电池凭借其高理论能量密度（2675 Wh kg^?1）和硫资源的可持续性，成为超越锂离子电池的下一代储能技术。然而，其商业化进程受限于多硫化物（LiPS）的穿梭效应、锂负极不稳定性和电解质分解等挑战。本文从液态、准固态到全固态三种电池构型切入，剖析其机理差异与优化路径。

液态电解质锂硫电池（LELSB）的困境与突破

液态体系采用醚类电解质（如DOL:DME），通过溶解-沉淀机制实现硫的转化，典型充放电曲线呈现双平台特征：高电位平台（约2.4 V vs. Li/Li⁺）对应长链LiPS（如Li₂S₈）生成，低电位平台（约2.1 V）对应短链Li₂S₂/Li₂S沉积。然而，LiPS的溶解导致活性物质流失和锂负极腐蚀，需依赖LiNO₃添加剂形成固态电解质界面（SEI）抑制穿梭。但LiNO₃存在不可逆消耗、热稳定性差（分解产生活性气体）及浓度敏感性问题，限制其实际应用。近期研究通过局部高浓度电解质（LHCE）或弱溶剂化电解质（WSE）调控LiPS溶解度，推动反应路径向准固态转化转变。

准固态转化机制（LEQSSM）的创新路径

通过微孔限域（孔径＜2 nm）或共价键合（如硫化聚丙烯腈SPAN）将硫固定在正极基质中，可实现单平台充放电曲线（约1.8 V），避免LiPS溶解。例如，SPAN正极在碳酸酯电解质中通过C─S键稳定硫物种，循环寿命显著延长（＞1000次）。此外，高浓度电解质（如LiTFSI/DIGLYME体系）通过形成接触离子对（CIPs）减少自由溶剂，促进Li₂S直接沉积，实现E/S比降至1.5 μL mg_S^?1以下，提升能量密度。

混合准固态电解质（QSSE）的协同设计

QSSE结合聚合物/无机骨架（如PVDF-HFP或LLZTO）与少量液态电解质，兼具高离子电导率（10^?4–10^?3 S cm^?1）和机械稳定性。聚合物基电解质（PQSSE）通过交联网络抑制LiPS扩散，而无机基电解质（IQSSE）如硫化物玻璃（Li₆PS₅Cl）提供锂枝晶抑制能力。但固-液界面副反应和电极体积变化（硫至Li₂S膨胀80%）仍是循环稳定性挑战。

全固态锂硫电池（ASSLSB）的终极目标

全固态体系通过固态电解质（如卤化物Li₃YCl₆）完全消除LiPS穿梭，但面临界面接触和离子传输瓶颈。研究表明，硫转化路径以Li₂S₂为中间体，直接生成Li₂S，需优化正极三相边界（电子/离子导通路）。例如，球磨硫-碳复合正极与Li₃PS₄电解质结合，在5 mg cm^?2高负载下实现＞1000 mAh g_S^?1容量。然而，堆叠压力（常需＞10 MPa）和电解质厚度（目标＜30 μm）仍是产业化难点。

结论与展望

锂硫电池技术正处于从实验室走向商业化的拐点。液态体系通过电解质工程逐步提升可靠性，而准固态和全固态路径通过机理重构有望突破能量密度与安全瓶颈。未来研究需聚焦界面钝化、催化剂设计及低成本制造工艺，推动锂硫电池在航空航天、电动汽车等高端领域的应用。