鋰硫電池正極為硫或含硫材料，負極為鋰。平均電壓2.1V，理論上鋰硫體系（Li-S）具有1672mAh/g的比容量，2600Wh/kg的能量密度，是傳統(tǒng)商業(yè)化以LiCo02為正極的鋰離子電池（理論比容量273.8mAh/g，能量密度360Wh/kg）7倍左右。相比普通鋰離子電池，鋰硫電池的放電本質不是簡單的鋰離子脫嵌，而是伴隨著大量中間產物的氧化還原過程。

鋰硫放電電池放電過程中，單質硫從環(huán)狀S8開環(huán)與Li反應，由長鏈Li2S8向短鏈Li2S轉化的過程中伴隨著兩個明顯的放電平臺，高電勢放電平臺為2.45V-2.1V，該過程可認為大量S8向S42-轉化，而低電勢放電則為2.1V1.7V，此過程為大量S42-轉化為S22-與S2-。另一方面，不同的轉化程度也對應著不同的電容量。放電反應方程如下：

正極：S8+16Li+e-→8Li2S

負極：Li→Li++e-

總反應：2Li+nS→Li2Sn→Li2S

普通鋰離子電池是單電子脫嵌，鋰硫電池是8電子氧化還原，因而有7-8倍的理論容量和能量密度。與傳統(tǒng)鋰離子電池相似，鋰硫電池由正極，負極，隔膜，電解質和隔膜組成。因此鋰硫電池被認為是目前最有希望替代傳統(tǒng)鋰離子電池，成為新一代的儲能設備的新能源。