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Li₂S因其理論容量高、成本低（不含貴金屬）、可與不含鋰金屬的負極搭配，被視為極具潛力的下一代鋰離子電池正極材料之一。

然而Li₂S在電化學循環(huán)過程中產(chǎn)生可溶性多硫化鋰誘導穿梭效應，導致容量快速衰減。此外，商業(yè)化的Li₂S電化學活性偏低，需要較高的電壓來激活且材料利用率低。

目前，減小Li₂S的尺寸和引入電催化劑是激活Li₂S提高其利用率的兩種有效途徑。然而，由于Li₂S與電催化劑之間接觸不充分，加上Li₂S獨特的溶解-沉積反應機理，導致循環(huán)過程中活性物質(zhì)與電催化劑不可控地發(fā)生分離，限制了催化劑的作用。

為了解決上述問題，近日北京航空航天大學朱禹潔教授聯(lián)合郭林教授課題組利用原位熱還原反應，構(gòu)建了高活性、低成本的納米級Li₂S-Cu復合正極材料，并深入揭示了金屬Cu在氧化還原過程中的作用機制。

該工作利用Cu-btc MOF分子籠對Li₂SO₄團簇的空間限域作用，獲得了尺寸高度均勻的Li₂S和Cu納米顆粒，且Li₂S和Cu顆粒之間充分接觸，證明該合成策略在Li₂S制備中具有獨特優(yōu)勢，這在傳統(tǒng)的鋰熱反應過程中是無法得到的。另外，表面碳層進一步增強了材料的導電性，且能夠有效防止循環(huán)過程中活性材料的流失。

非原位XRD、TEM等測試手段表明，Li₂S-Cu復合材料中的Li₂S在氧化還原過程中優(yōu)先與Cu發(fā)生置換反應生成Cu₂S。與此同時，部分未與Cu充分接觸的Li₂S被氧化為單質(zhì)S，但在循環(huán)過程中由S產(chǎn)生的可溶性多硫化鋰會與具有強親硫?qū)傩缘腃u發(fā)生化學反應，最終轉(zhuǎn)換為Cu₂S。

理論計算進一步表明金屬Cu的引入能夠有效降低Li₂S的活化能壘，與Li₂S經(jīng)過多硫化鋰轉(zhuǎn)換為S的反應相比，Li₂S+Cu=Cu₂S+Li的反應在熱力學和動力學上均具有優(yōu)勢，實現(xiàn)了氧化還原電對由Li₂S/S到Cu/Cu₂S的轉(zhuǎn)變，成功消除了多硫化鋰，從而極大地提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

該工作提出了一種高電化學活性Li₂S-Cu納米復合正極材料的制備策略，在電化學反應過程中不但能夠有效激活Li₂S并在循環(huán)過程中表現(xiàn)出高比容量、優(yōu)異的速率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性，即使高負載條件下，依然保持穩(wěn)定性能，為實現(xiàn)高活性和長循環(huán)的Li₂S正極材料提供了一種新穎的研究思路。