达特茅斯学院/斯坦福JACS：高性能Li-S电池

锂-硫（Li-S）电池因其多电子氧化还原反应和高理论的比能量（2500 Wh kg^-1）而脱颖而出，但可溶性多硫化锂固有的不可逆转化为固体短链硫化物（Li₂S₂和Li₂S）以及相关电极材料的大体积变化严重影响了电池的长期稳定性。

基于此，美国达特茅斯学院李玮瑒教授和斯坦福大学王海教授等人报道了一种液体硫电极，由硫代磷酸锂络合物组成，溶解在有机溶剂中，使放电反应产物的键-合和储存没有沉淀。该复合材料在室温下具有较高的比容量（0.2 C时可达1425 mAh g^-1）和优良的循环稳定性（0.5 C下循环400次后保持80%）。此外，高度可逆的全液体电化学转换可实现出色的低温电池可操作性（在-40 °C时超过400 mAh g^-1，在-60 °C时超过200 mAh g^-1）。

Li原子与断裂的P-S键中的S原子成键，而长硫链（S_x）则与P原子相连。所得到的结构包含一个六元P₃S₃环，连接在第四个P原子上，两个长硫链以Li结尾。随后发生异构化反应，六元环上的P-S键被 -Li基团打断，类似于络合机制的初始步骤，导致了一个开放的4-P原子构型，由四个SROs组成：P^2′、P^2″、P³和P²。P^2′和P^2″ SRO对应于四元P-S环中的P，P³ SRO对应于P原子通过S桥与另外三个P原子共价结合，P² SRO对应于P原子通过S桥与另外两个P原子和一个Li原子结合。

P₂S₅带负电的S原子与Li结合，带正电的P原子与S结合，将4-P原子结构扩展为6-P原子结构。第二个亲核加成步骤导致形成P−S四元环，最终的6-P原子单元结构有两个P³ SRO，与完全桥接的P原子相连，以及两对P^2′和P^2″ SRO，与P-S环相连。

在这些结构中，P³是主要的SRO，因为所有的P原子都通过S桥相互连接。由于其较小的位阻，长S_x链既可实现分子间结合又可实现分子内异构化，而短S_x链只有利于分子间结合。

High-Performance Lithium-Sulfur Batteries via Molecular Complexation. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c05209.