高能量锂硫（Li–S）电池的实际部署严重受限于硫利用率低下，其主因是可溶性多硫化物的“穿梭效应”，以及较少被深入研究的放电产物Li2S膜钝化。

2026年1月20日，同济大学贺婷，张弛，杨金虎在国际知名期刊Advanced Materials发表题为《Li2S Anti-Passivation Deposition Guided by Electrochemically Self-Generated Thiophosphate Molecular Mediators for Lithium-Sulfur Batteries》的研究论文，Lu Chen，Jian Guo为论文共同第一作者，贺婷，张弛，杨金虎为论文共同通讯作者。

锂硫电池凭借2600Wh kg-1的超高理论能量密度，被视为下一代储能技术中最具竞争力的体系之一。硫资源丰富、环境友好，进一步放大了其在电动汽车与大规模储能中的吸引力。然而，Li-S电池的实际应用受制于复杂的电化学行为：长链多硫化物溶于电解液，引发穿梭效应，导致活性硫不可逆流失、库伦效率下降与容量快速衰减；放电终产物Li2S本征电子/离子导电性差、电化学活性低，易在电极表面形成钝化膜，阻碍后续充电过程中Li2S的分解及硫的可逆利用。

当前主流策略多借助极性介质或催化剂，通过异相表面催化增强多硫化物吸附、加速硫氧化还原动力学，但这类添加剂通常以块体形式引入，活性位点数量有限，难以精准控制Li2S成核、生长与沉积；外源组分与硫之间界面兼容性差，分子级空间调控不足，易生成高能量势垒的块体晶体或致密膜，充电时再分解困难。因此，亟需发展全新策略，在分子层面精准调控每一颗Li₂S的成核、生长与组装，构筑高电化学活性沉积膜，以突破Li-S电池规模化瓶颈。

本工作中，研究人员提出在放电过程中电化学原位自生Li3PS4分子介导剂，使其优先诱导Li2S在Li3PS4表面成核，最终组装成计量比优化（1:6）的三维Li3PS4@Li2S分子团簇膜，有效抑制块体Li2S的聚集与钝化。该Li3PS4介导剂由负载于Ti3C2Tx纳米片（TNS）上的三维磷-硫共价无机框架（P-S CIF）循环生成；P-S CIF呈四面体骨架，顶点磷原子通过硫链互连，可空间限域硫物种，减少长链多硫化物形成。

高导电TNS的引入为电子与Li+提供快速通道，不仅加速多硫化物向Li2S的转化，实现Li3PS4介导的Li2S成核-生长-组装全程调控，也促进充电时Li2S的分解。得益于此，TNS/P-S CIF正极表现出卓越倍率与循环稳定性：在0.1A g-1下初始容量达967mAh g-1，于1A g-1循环1000圈后仍保持673mAh g-1，容量衰减每圈仅0.022%。该研究为硫宿主分子级设计提供了新范式，将结构精准度与电化学功能集成，推动高性能Li-S电池实用化进程。

图1：外源与自生分子介导机制对比。外源介体因颗粒大、活性位点少，仅局部抑制Li2S钝化；自生Li3PS4分子级均匀分散，全程调控成核，1:6最优计量比组装3D多孔Li3PS4@Li2S团簇膜，彻底消除钝化。

图2：TNS/P-S CIF合成-形貌-结构。EDA配位-质子解离-热硫渗入三步实现P-S共价骨架在Ti3C2Tx表面原子级均匀锚定；SEM/TEM/XRD/XPS证实无硫结晶、Ti─S共价键合，对比机械混合样无宏观相分离。

图3：原位/准原位谱学证实Li3PS4可逆自生。原位Raman在2.05V出现420cm-1 Li3PS4峰并随充电消失；XPS硫价态可逆迁移；原位XRD无晶态S8/Li2S峰，表明Li3PS4@Li2S以分子团簇形式存在，抑制长程有序钝化相。

图4：Li2S沉积形貌与介导效应。30圈后TNS/S生成致密微米片Li2S钝化层；TNS/P-S CIF保持多孔球状团簇，XPS结合能上移0.15eV指示不配位Li-S；Li2S成核电位降低、沉积容量提升至280.4mAh g-1，EIS极化持续减小。

图5：电化学性能。CV峰位差仅0.22V，Q2/Q1高达2.9；0.1Ag-1首放1062mAh g-1，1A g-1循环1000圈每圈衰减0.022%，9.8mg cm-2高载量下面积容量6.24mAh cm-2，均创纪录。

图6：DFT揭示介导-组装机制。Li3PS4对Li2S4/Li2S2/Li2S吸附能分别提高1.75–6.02eV，驱动3D异相成核；TNS降低Li+扩散势垒，协同构筑高活性多孔Li3PS4@Li2S团簇膜，实现无钝化可逆硫转化。

综上，本研究提出在放电过程中原位自生Li3PS4分子介导剂，引导Li2S以1:6最优计量比组装成三维Li3PS4@Li2S分子团簇膜，从而抑制Li2S钝化并提升硫利用率，实现1A g-1下循环1000圈容量保持673mAh g-1、每圈衰减仅0.022%，9.8mg cm-2高载量下面积容量达6.24mAh cm-2，超越商用基准，为高性能锂硫电池的分子级设计提供了可扩展的新范式。

Li2S Anti-Passivation Deposition Guided by Electrochemically Self-Generated Thiophosphate Molecular Mediators for Lithium-Sulfur Batteries. Adv. Mater., 2026. https://doi.org/10.1002/adma.202519401

文章来源：每日电池

特别声明：本站所载图文内容均来源互联网，微信公众号等公开渠道，我们对文中观点保持中立，出于更直观传递信息之目的转载稿件，仅供参考。版权归原作者和机构所有，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如有侵权，或涉及任何第三方合法权利，请及时联系我们删除（微信：CintaZz7），我们会及时反馈并处理完毕。