图1 锂二次电池的应用领域

图2 元素周期表中具有多电子反应特性的元素

目前，锂离子电池的实际比能量已经逐渐接近其理论值。为了获得更高的比能量，必须构建基于低摩尔质量活性物质的电池新体系，且电化学反应能够实现多个电子转移，即轻元素多电子反应体系。锂硫二次电池主要以硫单质为正极和锂金属为负极构建而成，具有原材料来源丰富、价格低廉以及对环境友好等优点，在未来化学电源发展中具有良好的应用前景和商业价值。此外，锂硫二次电池的工作电压在2.1V 左右，可以满足多种场合的应用需求。因此，围绕锂硫二次电池及其关键材料的研究工作正受到越来越广泛的关注。但锂硫电池也存在很多不足，如硫导电性差、活性物质利用率低、倍率性能差、电池寿命短、锂金属负极腐蚀粉化、电解液分解等问题，这些短板很大程度上制约了锂硫电池的实际应用研究进程。 

   图3 锂硫电池的发展历程

但锂硫电池也存在很多不足比如硫导电性差、活性物质利用率低、倍率性能差、电池寿命短、锂金属负极腐蚀粉化问题、电解液分解问题等，这些问题极大程度上制约了锂硫电池的实际应用研究进程。

  图4 锂硫电池工程化发展的关键材料及技术

《多电子高比能例锂硫二次电池》一书，基于多电子反应机制的锂硫二次电池的工作原理、发展历程、研究现状和技术难点，重点阐述了锂硫电池不同组成和构型的正极材料的特性和研究思路；分析了锂金属负极的特点，并从界面改性和结构设计两方面探讨了实现高稳定负极的创新方法和技术途径；论述了锂硫电池电解质材料的研究发展，涵盖液体电解质、固体电解质和复合电解质等不同体系；比较了锂硫电池采用碳基、聚合物、金属化合物等不同材料开展改性隔膜及功能夹层设计研究的效果；系统介绍了理论计算方法和原位表征技术在锂硫电池研究中的应用；并对锂硫二次电池的工程化应用和发展前景提出了展望。

电解质材料作为二次电池中的重要组成部分，对电池的能量密度、循环寿命、工作温度以及安全性能等起着至关重要的作用。因此，对电解质材料的系统研究和深入剖析有利于发展更高性能的新型二次电池体系，在满足大规模储能、新能源交通、高容量通信、航空航天、国防军事等各领域应用需求方面具有更为广阔的应用前景。

《先进电池功能电解质材料》一书，从基于多电子反应理论构建电池新体系出发，设计出多电子反应元素周期表并系统阐述了多电子理论的基本内涵、反应机制和新型电池关键材料的发展方向，详细论述了锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池、锂空气电池、多价阳离子电池等不同电池体系中电解质材料的研究进展、关键技术和优化设计方案等；根据不同电解质材料的性能特点，阐述了当前研究工作中的新理论、新技术和新方法，并对电解质材料的理论计算和模拟研究进行了介绍，将理论分析与实验研究相结合，揭示了电解质材料中的作用机制；从理论、技术、应用等方面对各类新型二次电池功能电解质材料的未来发展进行了分析和展望。

作者简介

陈人杰，北京理工大学材料学院教授、博导。担任部委能源专业组委员、中国材料研究学会理事（能源转换及存储材料分会秘书长）、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、国际电化学能源科学院（IAOEES）理事、中国化工学会化工新材料专业委员会委员、中国电池工业协会全国电池行业专家。

面向大规模储能、新能源汽车、航空航天、高端通信等领域对高性能电池的重大需求，针对高比能长航时电池新体系的设计与制造、高性能电池安全性/环境适应性的提升、超薄/轻质/长寿命特种储能器件及关键材料的研制、全生命周期电池设计及材料的资源化应用等科学问题，开展多电子高比能二次电池新体系及关键材料、新型离子液体及功能复合电解质材料、特种电源用新型薄膜材料与结构器件、绿色二次电池资源化再生等方面的教学和科研工作。

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