鋰-硫（Li-S）電池因其多電子氧化還原反應(yīng)和高理論的比能量（2500 Wh kg^-1）而脫穎而出，但可溶性多硫化鋰固有的不可逆轉(zhuǎn)化為固體短鏈硫化物（Li₂S₂和Li₂S）以及相關(guān)電極材料的大體積變化嚴(yán)重影響了電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

基于此，美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院李瑋瑒教授和斯坦福大學(xué)王海教授等人報(bào)道了一種液體硫電極，由硫代磷酸鋰絡(luò)合物組成，溶解在有機(jī)溶劑中，使放電反應(yīng)產(chǎn)物的鍵-合和儲(chǔ)存沒(méi)有沉淀。該復(fù)合材料在室溫下具有較高的比容量（0.2 C時(shí)可達(dá)1425 mAh g^-1）和優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性（0.5 C下循環(huán)400次后保持80%）。此外，高度可逆的全液體電化學(xué)轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)出色的低溫電池可操作性（在-40 °C時(shí)超過(guò)400 mAh g^-1，在-60 °C時(shí)超過(guò)200 mAh g^-1）。

Li原子與斷裂的P-S鍵中的S原子成鍵，而長(zhǎng)硫鏈（S_x）則與P原子相連。所得到的結(jié)構(gòu)包含一個(gè)六元P₃S₃環(huán)，連接在第四個(gè)P原子上，兩個(gè)長(zhǎng)硫鏈以Li結(jié)尾。隨后發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，六元環(huán)上的P-S鍵被 -Li基團(tuán)打斷，類似于絡(luò)合機(jī)制的初始步驟，導(dǎo)致了一個(gè)開放的4-P原子構(gòu)型，由四個(gè)SROs組成：P^2′、P^2″、P³和P²。P^2′和P^2″ SRO對(duì)應(yīng)于四元P-S環(huán)中的P，P³ SRO對(duì)應(yīng)于P原子通過(guò)S橋與另外三個(gè)P原子共價(jià)結(jié)合，P² SRO對(duì)應(yīng)于P原子通過(guò)S橋與另外兩個(gè)P原子和一個(gè)Li原子結(jié)合。

P₂S₅帶負(fù)電的S原子與Li結(jié)合，帶正電的P原子與S結(jié)合，將4-P原子結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為6-P原子結(jié)構(gòu)。第二個(gè)親核加成步驟導(dǎo)致形成P?S四元環(huán)，最終的6-P原子單元結(jié)構(gòu)有兩個(gè)P³ SRO，與完全橋接的P原子相連，以及兩對(duì)P^2′和P^2″ SRO，與P-S環(huán)相連。

在這些結(jié)構(gòu)中，P³是主要的SRO，因?yàn)樗械腜原子都通過(guò)S橋相互連接。由于其較小的位阻，長(zhǎng)S_x鏈既可實(shí)現(xiàn)分子間結(jié)合又可實(shí)現(xiàn)分子內(nèi)異構(gòu)化，而短S_x鏈只有利于分子間結(jié)合。

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