鋰-硫電池是近年新發(fā)展起來的一種新型的化學(xué)電源，其比能量可達2600Wh/kg，這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的鋰離子電池，因此鋰-硫電池得到了廣泛的關(guān)注，廣大的科技工作者對鋰-硫電池進行了大量和系統(tǒng)的研究工作，但是鋰-硫電池直到目前尚未被推廣使用。
總結(jié)起來主要有以下幾個原因：
1.硫正極的電子導(dǎo)電率很低(5 × 10 ?30 S cm ?1 )，這限制了鋰-硫電池進行大電流放電的能力，限制了鋰-硫電池的功率密度;
2.正極硫化合物溶解的問題，硫的溶解的導(dǎo)致鋰-硫電池在循環(huán)過程中容量衰減過快;
3.鋰負(fù)極枝晶生長的問題，在鋰-硫電池中，負(fù)極采用金屬鋰，在充電的過程中負(fù)極還原的金屬鋰會生長成為枝晶，從而刺穿隔膜，引發(fā)電池起火爆炸，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題。上述的原因?qū)е落?硫電池雖然具有超高的比能量但是卻無法在實際中應(yīng)用。
最新的研究顯示，將硫正極填充在具有納米-微米孔的碳中可以有效的提高硫正極的性能。這一方面是因為碳材料改善了硫電極的導(dǎo)電性，另一方面碳材料也抑制了硫的溶解。
針對鋰枝晶的問題，過去的研究一直集中在調(diào)整電解液組分，以優(yōu)化SEI膜，但是最近的研究發(fā)現(xiàn)，物理保護層能夠有效的抑制鋰枝晶的生長，物理保護層的形成主要通過涂層和形成SEI膜的方式形成。
集流體是另外一個我們需要考慮的問題。一般來說，傳統(tǒng)的鋰-硫電池正極材料是通過傳統(tǒng)的涂布工藝將含有S的漿料涂布到電極上，然后經(jīng)過烘干和碾壓，再與鋰箔共同組成鋰-硫電池，但是這種工藝會導(dǎo)致不發(fā)揮容量的無效物質(zhì)的質(zhì)量增加，而有效質(zhì)量(S的比重)降低，影響鋰-硫電池的能量密度。
我們以漿料中含有70%的S，干燥后含有80%的S，漿料涂布再25μm的鋁箔上，涂布密度6mg/cm2為例，整個正極僅僅含有34%的S，這極大的限制了鋰-硫電池能量密度的提升。
為了解決上述問題，中科大的Song Jin等人利用微米級長度的碳納米管研制了一種超厚三維石墨泡沫集流體結(jié)構(gòu)(CNT-UGF)，Song Jin首先利用氣相沉積法合成了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的CNT-UGF框架結(jié)構(gòu)，S正極制備是通過熔化-吸收的方式，首先將S熔化，再利用CNT-UGF將熔化的硫吸收和儲存。
由于使用CNT-UGF的硫電極不需要使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，以及集流體，因此可以將S的含量提高到43%(2.4mg/cm2的涂布密度)。同時該中電極結(jié)構(gòu)能夠很好的抑制電極的衰降，經(jīng)測試在0.5C的倍率下，循環(huán)400次后，容量衰降率僅為0.063%/次。
如果將CNT-UGF與負(fù)極的鋰箔結(jié)合，可以將電壓滯后減少了14%，在循環(huán)800h后仍然沒有發(fā)生短路，而純鋰箔在260h后就發(fā)生了短路。采用CNT-UGF電極結(jié)構(gòu)的鋰-硫電池(正極涂布量2.6mg/cm2，S含量47%，負(fù)極Li-CNT-UGF復(fù)合負(fù)極，Li含量為20%)在12C的高倍率下，獲得了860mAh/g，功率密度8680W/kg，能量密度達到720Wh/kg。
這種方法目前成本還很高，但是利用該方法制備的電極具有很強的通用性，例如可以制成軟包方形電池，當(dāng)然這還需要再電解液量、密封和極耳焊接工藝做出相應(yīng)的調(diào)整。 
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