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锂硫电池相比商业锂离子电池具有更高的理论比容量(1672 mAh/g)和能量密度(2600 Wh/kg),而且价格低廉,无污染,体现出巨大的应用价值。然而,由于含硫正极材料在充放电过程中会产生可溶的多硫化物,进而在正负极之间穿梭(穿梭效应),导致活性物质的损失和严重的容量衰减。此外,由于充放电产物导电性差、易团聚,致使正极材料在高载硫情况下表现出较差的电化学反应活性,严重影响锂硫电池的长循环稳定性和倍率特性。本工作基于超顺排碳纳米管(SACNT)优异的力学和电学特性,同时结合对其表面改性作用,制备了用于获得高性能锂硫电池的柔性含硫复合电极。此外,利用SACNT与其他纳米功能材料复合,制备了可以有效吸附和限制多硫化物的复合中间功能层,进而有效改善了高载硫电极的各项电化学性能:(1)通过在制备硫-碳纳米管复合电极的过程中引入双亲物质聚乙烯吡咯酮(PVP),在其良好的分散和模板作用下,获得了由PVP薄层包覆的、均匀分散的纳米级硫-碳纳米管复合电极,同时电极表面致密多孔,具备优异的机械性能。PVP层的改性作用缓解了多硫化物的溶解扩散,使复合电极表现出优异的电化学特性。(2)利用SACNT薄膜、氧化石墨烯(GO)和二氧化锰纳米颗粒(MnO2)制备了一种超轻复合中间功能层,其质量密度仅为0.104 mg/cm2。该中间层的层状“藤-膜”结构可以有效限制多硫化物的扩散,同时GO/MnO2的吸附作用进一步提升对多硫化物的利用效率,结合SACNT的导电网络,三者体现出协同促进作用。通过电化学方法研究该中间层与多硫化物的反应过程,并分析三者的协同作用机理。在其作用下,复合电极获得了在高载硫情况下包括循环、倍率、自放电反应和锂负极保护等多方面性能的显著改善。(3)利用原子层沉积(ALD)在SACNT表面生长氧化铪(HfO2),制备了一种HfO2/CNT复合中间功能层,其质量密度仅为0.087 mg/cm2。该中间层具备优异的电解液浸润性,同时结合HfO2/CNT二者的协同作用,提升了复合电极和中间层的表面传质过程,改善了多硫化物的利用效率。此外还研究了HfO2在碳纳米管表面的生长条件及其对多硫化物吸附转化的催化作用。在该中间层的作用下,高载硫电极体系的各项电化学性能均得到了有效的改善。