锂硫电池作为新一代的二次电池,具有比容量高(1675 mAh g-1)、能量密度大(2500 whkg-1)、价格低廉、环境友好等优点,是一种极具前景的电化学储能系统。然而,锂硫电池体系中正极材料活性物质S电导率低,充放电过程中体积发生膨胀,中间产物多硫化物会溶解于电解液并在正负极之间扩散等问题,严重制约了锂硫电池的商业化应用。本文针对以上存在的问题,对锂硫电池正极材料的优化改性进行了研究。旨在制备多功能的纳米材料作为硫的载体,以提高正极材料的导电性,缓解充放电过程中的体积膨胀效应,同时对多硫化锂有强的相互作用力。主要研究内容如下:1.以生物质玉米棒为原料,制备了阵列氮掺杂碳纳米管@介孔碳的复合材料。在800℃煅烧2 h的过程中,玉米棒既提供了碳源,也提供了少量的铁作为催化剂,同时三聚氰胺作为一种氮源,此过程中大量的碳纳米管有序在中孔炭框架上垂直生长,得到一种拥有独特结构得到的复合碳材料。复合材料中碳纳米管的直径约为50 nm,它们的长度从0.1到10 μm不等,其长度可以通过调整预处理的玉米棒与三聚氰胺的比例来控制。将该复合材料作为锂硫电池正极材料,电池展现了优异的倍率性能和循环稳定性。2.采用一种液相剥离的方法制备了超薄碳掺杂C3N4(C-CNN)纳米片,并通过原位沉积方法将硫均匀负载于纳米片上。电化学阻抗谱和电导率测量结果表明,碳掺杂提高了 C-CNN的导电性,X射线光电子能谱分析电池反应前后电极表面变化,证明C-CNN与多硫化物之间存在强化学相互作用。以其为锂硫电池正极材料,展现了良好的循环稳定性,在1C条件下循环500圈,容量衰减仅为0.07%。3.通过简单的水热反应制备了三维多孔网状C3N4/还原氧化石墨(PCN@rGO)复合材料,该材料具有较大的比表面积,可以载入更多的硫,同时提供更多的吸附位点。PCN@rGO不仅可以稳固地通过化学作用吸附多硫化物,而且提供快速电子转移路径以增强氧化还原动力学反应能力。作为锂硫电池正极材料,800次循环后仍保持680mAhg-1,每个循环容量衰减仅为0.048%,展现了极好的循环稳定性。