【摘 要】
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能源是现代经济社会发展的基础。在过去的几十年中,可充电锂离子电池（LIBs）是便携式电子设备和电子车辆的主要储能设备。然而,目前商用LIBs的电化学性能无法满足现代社会对电池的要求。锂硫电池作为锂电池的一种,常以硫作为正极材料,拥有着比LIBs更高的理论比容量和电池理论比能量,分别为1675 mAh·g-1和2600 Wh·kg-1,而且单质硫在地球上广泛分布,价格低廉,对环境友好,是一种更具有研
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能源是现代经济社会发展的基础。在过去的几十年中,可充电锂离子电池（LIBs）是便携式电子设备和电子车辆的主要储能设备。然而,目前商用LIBs的电化学性能无法满足现代社会对电池的要求。锂硫电池作为锂电池的一种,常以硫作为正极材料,拥有着比LIBs更高的理论比容量和电池理论比能量,分别为1675 mAh·g-1和2600 Wh·kg-1,而且单质硫在地球上广泛分布,价格低廉,对环境友好,是一种更具有研究价值也更具有潜力的锂电池。但是锂硫电池硫单质的低导电性、多硫化物的穿梭效应和硫正极较大的体积变化等问题都制约着锂硫电池的商业化应用。而设计和制造纳米结构电极材料是解决两种问题的共同途径。综上所述,本课题从LIBs和锂硫电池两个角度出发,一方面在课题组前期工作的基础上,对以V2O5为模板并通过合理结构设计构建的纳米结构多孔复合碳材料实验进行完善;另一方面,以小分子有机单体吡咯为原料,在低温下制备磺酸基修饰的多孔碳材料。主要研究成果为:（1）在课题组前期工作的基础上,通过对比冷冻干燥制备的N掺杂碳包覆的V2O3纳米线组成的2D介孔纳米网（V2O3@N-CNm）结构、纯V2O3纳米网（V2O3 Nm）结构和常规烘干制备的V2O3@N-C纳米线（V2O3@N-CNc）结构,深入探究V2O3@N-C Nm的优势。V2O3@N-C Nm作为LIBs阳极呈现出的优异电化学性能主要归因于其独特的纳米网状结构,可促进锂化/脱锂过程以及氮掺杂的碳导电外壳可增强电导率并有效限制V2O3的体积变化。（2）不同于现有普遍的聚合物高温碳化方法,该部分内容以小分子吡咯单体为原料,在较低温度下与浓硫酸混合发生磺化反应及碳化反应,经离心洗涤干燥后生成磺酸基修饰的多孔碳材料（C-SO3H）,其具有较好的导电性。因磺酸基可以吸附多硫化物,且磺酸基可充当活性位点,以提高活性物质硫的利用率。对以C-SO3H为基体载硫后制备的碳/硫复合正极装配的锂硫电池进行电化学测试,结果显示其展现出良好的电化学性能。
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