锂硫电池是一种高能量密度的可充电电池，被视为后锂离子电池技术的代表之一。其工作原理是利用硫和锂之间的电化学反应实现能量的存储和释放。硫资源丰富、成本低廉且比容量高，锂硫电池具有非常高的能量密度，有望解决目前锂电池续航里程短、充电时间长等问题。然而，锂硫电池在实际应用中仍面临许多挑战，其中界面不稳定问题尤为突出。在锂硫电池中，存在着电极与电解质的界面、隔膜与电解质的界面、电极内部各组分之间的界面等多重界面。而且，由于正极充放电产物（硫/硫化锂）的电子导电率低、密度差异大以及充放电中间产物在液态电解质中的高溶解性等问题，导致锂硫电池的界面问题比传统锂离子电池更严峻。这些界面在结构、成分、状态、反应动力学、晶体学、热力学等方面都面临着挑战，多界面导致锂硫电池的容量衰减快、寿命短、充电/放电效率低。

图1（a）锂硫电池相关研究的发展过程，（b）锂硫电池中界面和界面挑战的示意图

近日，材料科学与工程学院张千玉副研究员在国际顶级期刊Energy & Environment Science上发表了题为“Interfaces Engineering Toward Stable Lithium-Sulfur Batteries”的学术论文。文章针对锂硫电池中涉及的多界面问题（图1）进行了全面深入的考察，分析了各种界面问题产生的原因及其对电化学性能的影响；探讨了在常规情况和高硫载量、低电解质、低锂含量情况下锂硫电池中的界面特点和稳定界面方法；讨论了先进表征技术和计算机模拟手段在锂硫电池界面特征识别、电化学反应机理分析方面的促进作用。文章最后对锂硫电池相关界面问题进行了总结和展望：认为目前对锂硫电化学和界面的基本认识清晰，并通过界面优化取得了巨大的性能提升（图2）。然而，为了更好地理解电池工作中的电极材料、界面和电极结构的演变过程，还需开发先进的原位分析技术，并在此基础上对界面稳定性进行更有效地调控。

图2 锂硫电池中界面问题和锂硫电池的发展前景

该论文以四川大学材料科学与工程学院为第一完成单位。材料科学与工程学院博士后郭熠、华西医院主任医师牛倩及华中科技大学助理研究员裴非为共同第一作者，材料科学与工程学院张千玉、华中科技大学袁利霞及黄云辉教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（编号：22278276）以及宁德时代科技有限公司21C创新实验室基金（编号：21C10OP-202315）的资助支持。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D3EE04183B