液態電解質的鋰硫電池因其高理論比能量（2600 Wh kg-1）被認為是超越鋰離子電池領域最具有應用前景的下一代電池技術。然而，這種電池至今未能實現對金屬鋰負極的可逆循環，此外它需要高壓制造，并且延展的鋰金屬會沿著固態電解質顆粒的晶界爬行，導致電池短路。
8月5日，德國弗勞恩霍夫材料和光束技術研究所Susanne Dörfler團隊首次提出了一種半固態概念，結合了基于硫銀鍺礦的固態正極和DME/LiFSI/含氟醚基負極電解液的優點，這種顛覆性的方法能夠在電池堆層面實現超過600 Wh kg-1的高能量密度。研究人員首先制備了由碳、硫和固體電解質組成的正極，通過球磨處理形成三重相界，以確保正極內部的電子和離子通道。使用12 M LiFSI 二甲醚的電解液及鋰金屬作為負極組裝成半固態電池。掃描電子顯微鏡（SEM）顯示所得的正極復合材料粒徑均勻，具有良好的電化學特性。循環伏安法（CV）測試中均表現出雙峰現象，這驗證了半固態電池設計的可行性和潛在優勢。隨后，研究人員探究了液體電解質成分的影響，重點比較了兩種不同濃度的LiFSI（4 M 和 12 M）在二甲醚中的表現，發現12 M LiFSI電解質在兩個倍率下表現出更高的硫利用率，僅在0.1 C時出現輕微的過電位，并且在20個循環后容量保持率超過1400 mAh gS-1，庫侖效率接近100%。接下來探討了鹽濃度和稀釋溶劑對半固態鋰硫電池電解質性能的影響，拉曼光譜分析表明，較高的鹽濃度能有效減少多硫化物的溶解和固體電解質（SE）與液態電解質（LE）之間的副反應。為了進一步評估LE與SE之間的相互作用，通過電化學阻抗譜學（EIS）分析研究了其電化學性能。發現使用4 M LiFSI電解質的體系由于游離溶劑分子的存在，可能會導致較厚的SLEI形成，電阻隨時間增加，而飽和的二甲醚（DME）配位球則能有效防止此類副反應的發生。相比之下，飽和電解質在長時間內表現出較高的穩定性，且電阻增加較小。最后，將半固態方法從實驗室規模的紐扣電池擴展到更大規模的軟包電池。使用DRYtraec技術成功制備了雙面涂層的正極片。通過SEM和聚焦離子雙束顯微鏡（FIB-SEM），發現正極的致密化程度與手工制備的結果相當，但內部仍存在一定的孔隙。這些正極片確保了與集流體的良好接觸，適用于全固態和半固態電池的測試。電化學性能測試顯示，使用DRYtraec技術制備的正極在第一次放電時達到1400 mAh gS-1，充電時在2.3 V下達到了1500 mAh gS-1。此外，使用DRYtraec制造的正極進行的長期循環性能測試表明，在100次循環后，電池的容量保持率仍達880 mAh gS-1。
本研究報道了一種創新的鋰硫電池概念，結合了液態負極和固態正極的優勢，成功應用于扣式電池和軟包電池。半固態電池在扣式電池中表現出優異的性能，循環100次后庫侖效率（CE）穩定在99%以上，超過了大多數已報道的鋰離子電池的循環數據。這一創新性電池設計可能實現比現有的鋰硫電池或鋰金屬/鎳錳鈷氧化物（NMC）電池更高的能量密度，能量密度可高達621 Wh kg-1。
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