​Contrairement aux batteries Li-ion où le lithium reste sous forme ionique (Li⁺), les batteries Li-S possèdent une électrode négative en lithium métallique. Au cours de la décharge, le lithium se dissout à la surface de l'électrode positive après rupture de liaisons chimiques S-S.

Les batteries lithium-soufre pourraient offrir à terme des performances supérieures aux batteries lithium-ion largement utilisées aujourd'hui. En particulier, leur densité d'énergie est potentiellement dix fois plus élevée que celle des batteries Li-ion, avec l'avantage d'une moindre toxicité des matières premières et d'un coût inférieur. Les batteries Li-S souffrent cependant de plusieurs limitations. Le soufre étant un très mauvais conducteur, il faut ajouter un matériau conducteur électronique. Par ailleurs, l'électrode positive se corrode au cours de la décharge, suite à la formation de polysulfures de lithium solubles dans l'électrolyte.

Pour pallier ces inconvénients, des chercheurs de l'Iramis proposent un nouveau matériau d'électrode positive : des nanotubes de carbone multi-parois, très bons conducteurs, sur lesquels sont greffées des molécules contenant des « ponts disulfures ». Ce matériau a été testé avec succès sur des piles boutons. La capacité obtenue (100 mAh.g^-1) est très supérieure à celle de nanotubes de carbone seuls (5 mAh.g^-1) mais encore inférieure à celle des meilleures batteries Li-ion et Li-S classique (400 mAh.g^-1). En revanche, la stabilité se révèle excellente en comparaison de celle des accumulateurs Li-S conventionnels : 98 % de la capacité initiale est conservée après cinquante cycles.