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随着电动汽车行业及新能源领域的飞速发展和人们环保意识的提高，新型电动汽车受到社会的广泛关注。传统锂离子电池受正极材料理论比容量等因素的制约，能量密度已经达到了理论极限。为满足人们对电动车行驶里程及电池能量密度的需求，研究者将研究方向转向了锂离子电池之外的二次电池体系。锂硫二次电池是以硫或硫基复合材料为正极，锂为负极的新型储能体系，理论比容量高达到1 675mAh/g，并且硫的储量丰富、造价低廉、环保无毒，因此锂硫电池具有广泛的应用前景。但同时锂硫二次电池也存在着一系列问题：①室温下硫的导电性差（电导率为5×10-30S/cm），正极材料中需加入导电剂，但由于导电剂不参与氧化还原反应，导致电池的比容量降低；②在电池充放电过程中，电极的体积不断发生变化，负极收缩，正极膨胀。高达79%的体积膨胀在一定程度上会对硫电极的物理结构产生影响。随着循环的持续进行，电极易出现粉化现象，影响充放电的工作循环；③反应中生成的中间产物多硫化锂（Li2Sn，1≤n≤8）导电性差，附着在电极表面影响氧化还原反应的深层次进行，使电池的循环稳定性变差；④充放电过程生成的可溶性高氧化态长链多硫化锂溶入电解液，顺浓度梯度跨越隔膜向负极迁移扩散，与负极发生反应，反应产物短链多硫化锂和不溶于电解液的Li2S及Li2S2由于浓度梯度的作用重新扩散回正极，被氧化成长链多硫化锂。多硫化锂在电池正负极间的迁移现象，被称为穿梭效应，造成正极活性物质的消耗，降低硫的利用率，并导致负极的腐蚀及钝化，影响电池的库仑效率。
基于上述影响锂硫电池工作性能的原因，目前的研究热点主要在于正极材料的设计与改性、制备工艺的创新、粘结剂的应用、电解质体系的改良、锂负极保护等方面。
一、正极材料
1.以导电碳为基体的硫/碳复合材料
碳材料是改善导电性、提高活性物质利用率的理想材料，这是由于碳材料具有高的电导率、大的表面积、丰富的孔和窄的孔径分布以及与硫单质之间强的吸附能力。
（1）硫/碳纳米管（S/CNT）复合材料
碳纳米管具有良好的导电性，其多孔的中空结构可以负载大量的硫，硫与碳纳米管的复合能够使得电极的性能得到明显改善。陈君政[1]采用分段加热法合成了不同管径与硫含量的硫/多壁碳纳米管（S/MWCNT）电极材料，通过综合性能的比较筛选出以10～20nm直径的MWCNT为核，质量分数85%硫为壳的最优化条件下的复合材料。
Yuan[2]借助MWCNT的毛细作用，使得单质硫均匀包覆在纳米碳管上。制备的锂硫电池循环60次后的可逆放电比容量保持在670mAh/g。Geng课题组[3]利用直接沉淀法制备出了S/MWCNT材料，电池在0.05C倍率下的初始放电比容量达到1 128mAh/g。
（2）硫/介孔碳復合材料
介孔碳（MC）材料能够借助其优良的导电性以及大的比表面积和孔容，有效提高活性物质利用率，改善电极材料的性能。这是由于材料中的微孔和中孔有利于电子和离子传输，并有效吸附单质硫及氧化还原反应产物，减轻穿梭效应；MC中的大孔则能够提高硫的负载量，并有利于电解液的充分浸润，同时为反应产物提供了容纳空间，减轻了体积胀缩损坏。Nazar[4]于2011年制得一种双层孔道结构的碳材料，比表面积高达2 300m2/g，孔径大小分别为2nm和5.6nm，以其为单质硫的载体，含硫量可达50%。在1C时的首周放电比容量为995mAh/g，100次循环之后的放电比容量保持在550mAh/g，循环性能良好。随后该课题组进一步制备了孔容为2.1cm3/g的有序介孔碳（CMK-3），采用热处理法制得含硫量为70%的复合材料，性能稳定，库仑效率接近100%。
很多研究者借助模板法制备了多种性能优越的多孔碳。张静[5]、唐琼[6]分别以聚乙烯醇和蔗糖为碳源，采用纳米碳酸钙借助硬模板法制备了分层结构的介孔碳，研究了以介孔碳、导电石墨和碳纳米管为导电基体的锂硫电池的电化学性能，并详细分析了比表面积和孔容对锂硫电池性能的影响。结果表明，S/MC复合材料为正极的电池在0.1C的放电倍率下首次放电比容量为1 389mAh/g，100次循环后，库仑效率保持在95%以上。Strubel课题组[7]则以ZnO为模板制备多孔碳应用于锂硫电池，在硫含量≥3mg/cm2的前提下获得了>1 200mAh/g的放电比容量。由此可见，由介孔碳与硫复合的正极材料制得的锂硫电池，放电比容量及电池循环性能显著提高。
（3）硫/碳球复合材料
相比于多孔碳材料而言，碳球的密度更高，有助于提高硫正极的体积比能量。Archer小组[8]报道了直径约200nm的多孔空心碳球材料，单质硫填充至碳球内腔，碳球表面则遍布约3nm的微孔，载硫量可达70%。在0.5C倍率下100圈后的放电比容量高达974mAh/g。Gao等[9]通过简单的方法制备了分布均匀的多孔碳球，并用其负载硫单质。将蔗糖与硫酸配成稀溶液，热处理后进行碳化，得到200～300nm的多孔碳球，再与硫单质在熔融态和蒸汽态下充分复合，制得含硫量42%的碳/硫复合材料。相关电化学结果表明：在较低的放电速率（200mA/g）下，电极比容量为890mAh/g；较高的放电速率（1 200mA/g）下，电极比容量为730mAh/g，循环稳定性非常好。这可能是由于碳球内部0.7nm的孔径使其对硫元素具有极强的吸附效果。
（4）硫/石墨烯正极材料
石墨烯由sp2杂化轨道的碳原子构成，物理性能特殊，具有其优异的导电性及超高的理论比表面积，近年来被广泛应用于电池材料及超级电容器等能源系统。Cui等[10]采用化学沉积法，将包覆了一层聚乙二醇（PEG）链的硫颗粒包裹在石墨烯中，该复合材料含硫量为70%，电流密度为750mA/g时，相应的电池在100次之后的比容量仍能维持在600mAh/g以上。Yuan等[11]合成的石墨烯/硫复合材料含硫量提高至80%，在210mA/g电流密度下进行循环，库仑效率接近100%。Tang[12]报道了以氧化钙（CaO）为模板制备石墨烯应用于锂硫电池，在5.0C高倍率充放电时获得了656mAh/g的放电比容量，性能十分出色。 [14] Xiao L F，Cao Y L，Xiao J，et al.A soft approach to encapsulate sulfur：Polyaniline nanotubes for lithium-sulfur batteries with long cycle life[J].Advanced Materials，2012，24：1176-1181.
[15] Qiu Linlin，Zhang Shichao，Zhang Lan，et al.Preparation and enhanced electrochemical properties of nano-sulfur/ poly（pyrrole-co-aniline） cathode material for lithium/sulfur batteries[J].ElectrochimicaActa，2010，55（15）：4632-4636.
[16] Wu Feng，Wu Shengxian，Chen Renjie，et al.Sulfur polythiophene composite cathode materials for rechargeable lithium batteries[J].Electrochemical and Solid-State Letters，2010，13（14）：A29-A31.
[17] Yufit V，Freedman K，Nathan M，et al.Thin-film iron sulfide cathodes for lithium and Li-ion/polymer electrolyte microbatteries[J].ElectrochimicaActa，2004，50（2）：417-420.
[18] Han S C，Kim K W，Ahn H J，et al.Charge‐discharge mechanism of mechanically alloyed NiS used as a cathode in rechargeable lithium batteries[J].Journal of Alloys & Compounds，2003，361（1-2）：247-251.
[19] Huang Jiaqi，Zhang Qianga，Zhang Shumao，et al.Aligned sulfur-coated carbon nanotubes with a polyethleneglycol barrier at one end for use as a high efficiency sulfurcathode[J].Carbon，2013，58：99-106.
[20] JI Xiulei，Lee K T，Nzzar L F.Ahighly ordered nanostructured carbon-sulphur cathode for lithium-sulfur batteries[J]. Nature Materials，2009，8：500.
[21] Zhang Jing，Li Heqin，Tang Qiong，et al.Improved-Performance Lithium-Sulfur Batteries Modified by Magnetron Sputtering[J].Rsc Advances，2016，6，114447-114452.
[22] Zhang Jing，Li Heqin，Lin Zhiwei，et al.A conductive carbon interlayer modified By magnetron sputtering for improved-performance lithium‐sulfur batteries[J].RSC Adv.，2017，7，39172-39177.
[23] Rao Mumin，Song Xiangyun，Liao Honggang，et al.Carbon nanofiber-sulfur composite cathode materials with different binders for secondary Li/S cells[J].ElectrochimicaActa，2012，65：228-233.
[24] Fisher A S，Khalid M B，Widstrom M，et al.Solid polymer electrolytes with sulfur based ionic liquid for lithium batteries[J].Journal of Power Sources，2011，196（22）：9767-9773.
[25] Nagao M，Imade Y，Narisawa H，et al.All-soild-state Li-sulfur batteries with mesoporous electrode and thio-LISI-CON solid electrolyte[J].Journal of Power Sources，2013，222（2）：237-242.
[26] Wang Jiulin，Wang Yaowu，He Xiangming，et al.Electrochemical characteristics of sulfur composite cathode materials in rechargeable lithium batteries[J].Journal of Power Sources，2004，138（1-2）：271-273.
[27] Rao Mumin，Geng Xiuyun，Li Xiaoping，et al.Lithium-sulfur cell with combining carbon nanofibers-sulfur cathode and gel polymer electrolyte[J].Journal of Power Sources，2012，212：179-185.
[28] Sun Xiaoguang，Wang Xiqing，Mayes R T，et al.Lithium-sulfur batteries based on nitrogen-doped carbon and an ionic-liquid electrolyte[J].Chemsuschem，2012，5（10）：2079-2085.
[29] Skotheim T A.Lithium anodes for electrochemical cells：US，6733924[P].2004.
[30] Affinito J D.Methods and apparatus for vacuum thin film deposition：US，7112351[P].2006.
基于上述影响锂硫电池工作性能的原因，目前的研究热点主要在于正极材料的设计与改性、制备工艺的创新、粘结剂的应用、电解质体系的改良、锂负极保护等方面。
一、正极材料
1.以导电碳为基体的硫/碳复合材料
碳材料是改善导电性、提高活性物质利用率的理想材料，这是由于碳材料具有高的电导率、大的表面积、丰富的孔和窄的孔径分布以及与硫单质之间强的吸附能力。
（1）硫/碳纳米管（S/CNT）复合材料
碳纳米管具有良好的导电性，其多孔的中空结构可以负载大量的硫，硫与碳纳米管的复合能够使得电极的性能得到明显改善。陈君政[1]采用分段加热法合成了不同管径与硫含量的硫/多壁碳纳米管（S/MWCNT）电极材料，通过综合性能的比较筛选出以10～20nm直径的MWCNT为核，质量分数85%硫为壳的最优化条件下的复合材料。
Yuan[2]借助MWCNT的毛细作用，使得单质硫均匀包覆在纳米碳管上。制备的锂硫电池循环60次后的可逆放电比容量保持在670mAh/g。Geng课题组[3]利用直接沉淀法制备出了S/MWCNT材料，电池在0.05C倍率下的初始放电比容量达到1 128mAh/g。
（2）硫/介孔碳復合材料
介孔碳（MC）材料能够借助其优良的导电性以及大的比表面积和孔容，有效提高活性物质利用率，改善电极材料的性能。这是由于材料中的微孔和中孔有利于电子和离子传输，并有效吸附单质硫及氧化还原反应产物，减轻穿梭效应；MC中的大孔则能够提高硫的负载量，并有利于电解液的充分浸润，同时为反应产物提供了容纳空间，减轻了体积胀缩损坏。Nazar[4]于2011年制得一种双层孔道结构的碳材料，比表面积高达2 300m2/g，孔径大小分别为2nm和5.6nm，以其为单质硫的载体，含硫量可达50%。在1C时的首周放电比容量为995mAh/g，100次循环之后的放电比容量保持在550mAh/g，循环性能良好。随后该课题组进一步制备了孔容为2.1cm3/g的有序介孔碳（CMK-3），采用热处理法制得含硫量为70%的复合材料，性能稳定，库仑效率接近100%。
很多研究者借助模板法制备了多种性能优越的多孔碳。张静[5]、唐琼[6]分别以聚乙烯醇和蔗糖为碳源，采用纳米碳酸钙借助硬模板法制备了分层结构的介孔碳，研究了以介孔碳、导电石墨和碳纳米管为导电基体的锂硫电池的电化学性能，并详细分析了比表面积和孔容对锂硫电池性能的影响。结果表明，S/MC复合材料为正极的电池在0.1C的放电倍率下首次放电比容量为1 389mAh/g，100次循环后，库仑效率保持在95%以上。Strubel课题组[7]则以ZnO为模板制备多孔碳应用于锂硫电池，在硫含量≥3mg/cm2的前提下获得了>1 200mAh/g的放电比容量。由此可见，由介孔碳与硫复合的正极材料制得的锂硫电池，放电比容量及电池循环性能显著提高。
（3）硫/碳球复合材料
相比于多孔碳材料而言，碳球的密度更高，有助于提高硫正极的体积比能量。Archer小组[8]报道了直径约200nm的多孔空心碳球材料，单质硫填充至碳球内腔，碳球表面则遍布约3nm的微孔，载硫量可达70%。在0.5C倍率下100圈后的放电比容量高达974mAh/g。Gao等[9]通过简单的方法制备了分布均匀的多孔碳球，并用其负载硫单质。将蔗糖与硫酸配成稀溶液，热处理后进行碳化，得到200～300nm的多孔碳球，再与硫单质在熔融态和蒸汽态下充分复合，制得含硫量42%的碳/硫复合材料。相关电化学结果表明：在较低的放电速率（200mA/g）下，电极比容量为890mAh/g；较高的放电速率（1 200mA/g）下，电极比容量为730mAh/g，循环稳定性非常好。这可能是由于碳球内部0.7nm的孔径使其对硫元素具有极强的吸附效果。
（4）硫/石墨烯正极材料
石墨烯由sp2杂化轨道的碳原子构成，物理性能特殊，具有其优异的导电性及超高的理论比表面积，近年来被广泛应用于电池材料及超级电容器等能源系统。Cui等[10]采用化学沉积法，将包覆了一层聚乙二醇（PEG）链的硫颗粒包裹在石墨烯中，该复合材料含硫量为70%，电流密度为750mA/g时，相应的电池在100次之后的比容量仍能维持在600mAh/g以上。Yuan等[11]合成的石墨烯/硫复合材料含硫量提高至80%，在210mA/g电流密度下进行循环，库仑效率接近100%。Tang[12]报道了以氧化钙（CaO）为模板制备石墨烯应用于锂硫电池，在5.0C高倍率充放电时获得了656mAh/g的放电比容量，性能十分出色。 [14] Xiao L F，Cao Y L，Xiao J，et al.A soft approach to encapsulate sulfur：Polyaniline nanotubes for lithium-sulfur batteries with long cycle life[J].Advanced Materials，2012，24：1176-1181.
[15] Qiu Linlin，Zhang Shichao，Zhang Lan，et al.Preparation and enhanced electrochemical properties of nano-sulfur/ poly（pyrrole-co-aniline） cathode material for lithium/sulfur batteries[J].ElectrochimicaActa，2010，55（15）：4632-4636.
[16] Wu Feng，Wu Shengxian，Chen Renjie，et al.Sulfur polythiophene composite cathode materials for rechargeable lithium batteries[J].Electrochemical and Solid-State Letters，2010，13（14）：A29-A31.
[17] Yufit V，Freedman K，Nathan M，et al.Thin-film iron sulfide cathodes for lithium and Li-ion/polymer electrolyte microbatteries[J].ElectrochimicaActa，2004，50（2）：417-420.
[18] Han S C，Kim K W，Ahn H J，et al.Charge‐discharge mechanism of mechanically alloyed NiS used as a cathode in rechargeable lithium batteries[J].Journal of Alloys & Compounds，2003，361（1-2）：247-251.
[19] Huang Jiaqi，Zhang Qianga，Zhang Shumao，et al.Aligned sulfur-coated carbon nanotubes with a polyethleneglycol barrier at one end for use as a high efficiency sulfurcathode[J].Carbon，2013，58：99-106.
[20] JI Xiulei，Lee K T，Nzzar L F.Ahighly ordered nanostructured carbon-sulphur cathode for lithium-sulfur batteries[J]. Nature Materials，2009，8：500.
[21] Zhang Jing，Li Heqin，Tang Qiong，et al.Improved-Performance Lithium-Sulfur Batteries Modified by Magnetron Sputtering[J].Rsc Advances，2016，6，114447-114452.
[22] Zhang Jing，Li Heqin，Lin Zhiwei，et al.A conductive carbon interlayer modified By magnetron sputtering for improved-performance lithium‐sulfur batteries[J].RSC Adv.，2017，7，39172-39177.
[23] Rao Mumin，Song Xiangyun，Liao Honggang，et al.Carbon nanofiber-sulfur composite cathode materials with different binders for secondary Li/S cells[J].ElectrochimicaActa，2012，65：228-233.
[24] Fisher A S，Khalid M B，Widstrom M，et al.Solid polymer electrolytes with sulfur based ionic liquid for lithium batteries[J].Journal of Power Sources，2011，196（22）：9767-9773.
[25] Nagao M，Imade Y，Narisawa H，et al.All-soild-state Li-sulfur batteries with mesoporous electrode and thio-LISI-CON solid electrolyte[J].Journal of Power Sources，2013，222（2）：237-242.
[26] Wang Jiulin，Wang Yaowu，He Xiangming，et al.Electrochemical characteristics of sulfur composite cathode materials in rechargeable lithium batteries[J].Journal of Power Sources，2004，138（1-2）：271-273.
[27] Rao Mumin，Geng Xiuyun，Li Xiaoping，et al.Lithium-sulfur cell with combining carbon nanofibers-sulfur cathode and gel polymer electrolyte[J].Journal of Power Sources，2012，212：179-185.
[28] Sun Xiaoguang，Wang Xiqing，Mayes R T，et al.Lithium-sulfur batteries based on nitrogen-doped carbon and an ionic-liquid electrolyte[J].Chemsuschem，2012，5（10）：2079-2085.
[29] Skotheim T A.Lithium anodes for electrochemical cells：US，6733924[P].2004.
[30] Affinito J D.Methods and apparatus for vacuum thin film deposition：US，7112351[P].2006.