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发展能量密度高(理论比容量为1672 mAh/g)、环境友好的锂硫电池对于实现国家能源转型具有战略性意义。然而硫锂化过程中产生的多硫化锂易溶于电解液,其穿梭效应是必须要解决的一大难题。过渡金属硫化物具有导电性良好、亲硫性佳等优势,在锂硫电池多硫化锂吸附与催化转化中发挥着重要作用。此外,缺陷也能够影响材料的电学性质,本文选取TiS2为典型过渡金属硫化物,通过简单的固相反应和真空热处理法,成功制备了含缺陷的TiS2-x材料,并将其作为锂硫电池正极添加剂,研究对锂硫电池性能的影响。以下是本文的主要研究内容:1.硫缺陷型TiS2-x对多硫化锂吸附和锂硫电池性能提升的研究。首先利用简单的固相反应法合成出了TiS2片状材料,然后经过真空热处理得到了TiS2-x样品。利用电子自旋共振(ESR)和X射线光电子能谱(XPS)证实了TiS2-x中硫空位的存在。接下来通过多硫化锂吸附实验和电化学测试进一步证实了硫缺陷对多硫化物的化学吸附和氧化还原转化具有促进效果。其后,将该材料与硫复合后作为锂硫电池正极,与TiS2对比,得益于硫缺陷产生的富电子活性位点,TiS2-x明显提高了锂硫电池的电化学性能。如在1C的电流密度,循环500圈后,比容量为751 mAh/g,平均容量衰减率低至每圈0.04%。此外,在载硫量为4 mg/cm2时,0.2 C时循环50圈,比容量可高达963 mAh/g,相应的容量保持率高达91.7%。2.TiS2-x纳米带及TiS2-x/CNTs复合材料在锂硫电池正极中的研究。以更易合成、比表面积约16 m2/g的TiS3为前驱体合成出TiS2-x纳米带,且通过调节反应时间控制材料中的硫缺陷浓度。利用ESR测试确定硫空位浓度大小。通过测试对称性电池的循环伏安曲线,初步证明了TiS2-x-40对多硫化锂氧化还原的促进作用高于其他样品。而后以复合材料TiS2-x-40/S做正极材料,结果显示,该材料在0.2 C下循环80圈,容量保持率为84.2%,比容量为923 mAh/g。与购买的多壁碳纳米管复合后,在相同循环条件下,电池初始比容量下降了约13%,但循环稳定性有所提升,表现为平均容量衰减率下降了约40%。这可能是因管径太窄、活性物质未被完全利用所致,因此可适当增加碳纳米管管径,在保持高容量密度前提下,提高电池循环稳定性。该工作还需进一步完善。