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锂硫电池是一类以硫为正极、金属锂为负极的二次电池。由于单质硫的理论比容量高达1675 mAh/g,金属锂的理论比容量为3860 mAh/g,因此锂硫电池的理论能量密度可达2600 Wh/kg,再加上硫的储量丰富、价格低廉,使得锂硫电池成为倍受关注的一类二次电池。但锂硫电池面临单质硫与硫化锂的高绝缘性、充放电过程中较大的体积变化、充放电中间产物多硫化物溶解扩散导致的“穿梭效应”、锂硫电池低温性能较差等难题,阻碍了锂硫电池的商业化进程。解决上述难题的思路之一是通过合理设计正极材料来提升电池的整体性能,而聚苯胺在锂硫电池领域具有较大的应用潜力。因为它不仅能作为导电材料提升正极材料的导电性,且聚苯胺分子链上带有孤对电子的氮原子能够吸附中间产物Li2Sn,有可能提升正极活性物质的利用率。本论文从聚苯胺锂硫电池正极材料的设计与制备出发,合成了聚苯胺/硫/碳复合正极材料以改善锂硫电池的容量与循环稳定性。另外,我们发现通过合理设计电荷转移中间体加速被聚苯胺束缚在正极材料内部的多硫化物的平衡过程,能够改善锂硫电池低温性能。本论文取得的主要结果如下:1.设计并合成了低含量聚苯胺包覆硫碳复合正极材料,此复合材料中聚苯胺的含量低于2 wt%,低含量聚苯胺涂层不仅有利于构建有效的电子/离子传输体系,还在几乎不降低体系硫含量的同时有效抑制穿梭效应,提升锂硫电池的循环稳定性。研究表明,含1 wt%聚苯胺的复合物在100圈循环后电池容量比纯硫碳正极提升46%,含2 wt%聚苯胺的复合物每圈的容量衰减仅为0.09%,而对比组硫碳正极每圈的容量衰减高达0.246%。聚苯胺涂层包覆硫碳正极材料的循环稳定性得到显著改善,在放电电流密度为837.5 mA/g-sulfur时,含2wt%聚苯胺的硫碳正极在500圈后库伦效率仍高于95%。聚苯胺包覆硫碳正极材料显示出良好的电化学性能,原因在于聚苯胺涂层不仅能够改善正极材料的导电性,还能吸附电解液中的多硫化物,从而减轻电池体系的“穿梭效应”。2.采用简单易行的稀溶液聚合法制备二次涂覆聚苯胺包覆硫碳纳米复合材料,并将其作为正极材料应用于锂硫电池中。此聚苯胺纳米复合材料相较于一次涂覆聚苯胺包覆材料能够降低充电过程中较高的过电势,显示出优异的倍率性能。所制备的聚苯胺复合材料,在高硫含量2.1 mg/cm2和0.5C的电流密度下,100圈循环后容量较对比组提升47%。该策略能够构筑更有效的电子/离子传输体系,在高硫负载量体系中具有一定的应用潜力。3.通过在电池体系中引入电荷转移中间体芘来改善聚苯胺锂硫电池低温性能,聚苯胺由于能够将多硫化物束缚在正极内部,当电荷转移中间体迁移至正极材料表面能够与硫/多硫化物发生氧化还原反应传递电荷,使锂硫电池低温下缓慢的电化学反应得以加速,延长锂硫电池高压平台,改善了聚苯胺锂硫电池低温性能。该策略能够使聚苯胺锂硫电池在0℃C第50圈放电比容量由509.8 mAh/g提升为626.1 mAh/g,提升幅度为23%;在-15℃C,放电比容量由412.9mAh/g提升为516.7 mAh/g,提升幅度为25%。因此,基于聚苯胺吸附多硫化物的特点,通过电荷转移中间体调控锂硫电池正极电化学反应,是提升聚苯胺锂硫电池低温性能的一种新策略。