基于S8+16e-+16Li+ = 8Li2S阴离子氧化还原-转化机制Li-S的理论正极能量密度高达2600 Whkg-1，比基于过渡金属阳离子氧化还原-脱嵌反应机制的常规锂离子电池（LIB）正极高出数倍。由于S8和Li2S相的电子绝缘性质和穿梭效应限制，目前Li-S电池研究的一个常见做法是使用高电极孔隙率和过量电解液来提高硫比容量，但是过量使用非活性组分（如电解液和导电碳）导致全电池的实际能量密度与理论值相差甚远。为了超越今天的LIB，推动Li-S电池进入商业开发，达到全电池高Eg和Ev（重量和体积能量密度），必须大大减少非活性组分，然而，通过同时降低正极孔隙率和E/AM比（高电解质与活性材料比）且保持可接受的倍率能力来实现高Eg-Ev（重量和体积能量密度）极具挑战性。
麻省理工学院Liumin Suo和Ju Li团队通过引入具有快速锂嵌入反应和高振实密度的电化学活性Chevrel相Mo6S8与转化机制S8组合来设计具有致密的嵌入-转化杂化机制的正极材料（HMSC）。电子导电和电化学活性Mo6S8由于其极低的电阻可以有效地减少高表面积碳的使用，从而将正极孔隙率从约70％降低至55％。原则上，这种混合设计能够实现比传统C/ S8正极高得多的Eg和Ev。在充放电过程中具有快速Li+传输和几乎零体积应变的硬Mo6S8是固定软硫物质和解锁其高重量容量的理想骨架。Mo6S8和S8的这种材料组合类似于炸药中底漆和TNT之间的关系，其中一种快速点燃而另一种具有高重量能量密度。
Chevrel相Mo6S8具有如下几个独特的性质：1#与先前大多数正极中使用的非活性材料不同，它能够在与S8（1.7-2.8V）相同的电压窗口中在醚基电解质中贡献自己的容量：4Li++4e-+Mo6S8↔Li4Mo6S8。2#该反应是嵌入的，由于LixMo6S8具有高的极化子迁移率（Mo2+↔Mo3+），因此具有快速的动力学。3#由于Mo6S8（5.04 g cm-3）的理论密度远高于S8（2.07 g cm-3），Mo6S8的体积能量密度实际上非常可观1400Wh l-1，且与LiFePO4固有的倍率能力相当。4#通过Mo6S8的原位电化学锂化形成LixMo6S8，可以大大提高对LiPS的亲和力，从而抑制穿梭效应并导致稳定的循环性。5# Mo6S8组分改善了浆料的流变性能，HMSC浆料涂在集流体上时具有与LIB浆料相似的流动特性，它可以硬压且不易开裂，容易达到高载量，如S8为6.2mg cm-2，Mo6S8为6.1mg cm-2。6#最后，在干燥后即使孔隙率大大降低，电解质也容易润湿正极。
最后，仅含约10wt％碳的HMSC（类似于典型的LIB正极）显示出良好的倍率性能(达到6 mA cm-2)，并具有稳定的长期循环性能。更重要的是，正极孔隙率大大降低，可以实现1.2 μl mg-1的极低E/AM比。此外，基于混合正极和2倍过量Li金属负极成功组装出的Ah级袋式电池能够提供366 Wh kg-1和581 Wh l-1的高关联Eg和Ev，在联合能量密度方面优于一般Li-S和商业LIB。
Weijiang Xue, Zhe Shi, Liumin Suo, Chao Wang, Ziqiang Wang, Haozhe Wang, Kang Pyo So, Andrea Maurano, Daiwei Yu, Yuming Chen, Long Qie, Zhi Zhu, Guiyin Xu, Jing Kong, Ju Li, Intercalation-conversion hybrid cathodes enabling Li–S full-cell architectures with jointly superior gravimetric and volumetric energy densities. Nature Energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0351-0
