综述：锂硫电池阴极微观结构改性提升性能的研究进展

这篇综述系统总结了通过阴极微观结构改性提升锂硫电池（Li-S）性能的最新进展，重点探讨了多孔碳材料（MPCPs、SMPC）、金属化合物（MOFs、CoS2、VN）及其复合材料的协同作用，为解决硫导电性差（1675 mAh g-1理论容量）和多硫化物穿梭效应等关键问题提供了创新策略。

　　

锂硫电池的机遇与挑战

锂硫电池（Li-S）凭借2600 Wh kg^-1的超高理论能量密度和硫的低成本优势，被视为下一代储能系统的有力竞争者。然而其实际应用受限于三大核心问题：单质硫和硫化锂（Li₂S）的绝缘性导致电荷传输受阻；可溶性多硫化物（LiPSs）的穿梭效应引发容量衰减；充放电过程中80%的体积变化造成电极结构破坏。

阴极材料设计策略

碳基材料构筑导电网络
微孔碳（如ZIF-8衍生的MPCPs）通过0.55-1.9 nm孔径物理限域硫分子，而硫掺杂微孔碳（SMPC）利用杂原子化学吸附LiPSs，在0.2C下实现1544.2 mAh g^-1的高初始容量。三维石墨烯（3DGF）通过连续导电网络实现90%硫负载，500次循环后容量保持率93.9%。

金属化合物的化学锚定作用
金属有机框架（MOFs）中开放的金属位点（如HKUST-1的Cu²⁺）通过路易斯酸碱作用固定LiPSs。过渡金属硫化物（CoS₂-FeS₂-NC）则通过强硫亲和力催化多硫化物转化，使电池在0.2C下循环200次后仍有394.8 mAh g^-1容量。

复合材料的协同效应
氮化钒纳米泡（VN-NBs）结合高导电性（10⁶ S m^-1）和极性表面，在12.6 mg cm^-2超高硫负载下实现790 mAh g^-1的可逆容量。MXene/碳纳米笼（MXene/CNC）复合材料通过二维Ti₃C₂T_x的金属导电性和化学吸附双重作用，使库伦效率长期稳定在96%以上。

未来发展方向

1. 界面工程优化：开发原子级分散的金属单原子催化剂（SACs）提升催化效率
2. 仿生结构设计：模仿植物根系的分级孔道结构促进离子传输
3. 绿色制备工艺：采用生物质前驱体（如丝瓜络）降低生产成本
4. 原位表征技术：利用同步辐射XAS追踪充放电过程中硫物种演变

这些突破性进展为开发能量密度超过400 Wh kg^-1的实用化锂硫电池奠定了材料基础。