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与传统锂离子电池相比相比,锂硫电池具有更高的能量密度和比容量,与人们的需求更为贴近。理论上锂硫电池的能量密度大约是2600 Wh kg-1,理论比容量可以达到1673 mAh g-1,远远高于传统的锂离子电池。除此之外,硫在自然界中大量存在,原材料成本极低,并且在充放电过程中无有害物质产生,无毒无污染,属于环境友好型材料。由于在上述各个方面具有巨大优势,锂硫电池成为了极具开发前景的储能材料。但是由于单质硫较差的导电性以及多硫化锂溶解穿梭等问题造成锂硫电池正极材料的活性物质利用率低、电池循环性能差,限制了锂硫电池的商业化应用。本论文通过设计制备出磷掺杂多孔碳/硫复合正极材料来改善锂硫电池电化学性能。主要研究内容和结果如下: (1)以丝瓜络纤维为碳源,磷酸作为活化剂,通过高温活化碳化的方法制备了比表面积为2230 m2 g-1,孔容为2.69 cm3 g-1的磷掺杂多孔碳。通过熔融-扩散法将磷掺杂多孔碳纳米片与升华硫进行复合,可以得到硫负载量为60 wt%左右的硫碳复合物。磷掺杂多孔碳/硫复合材料制备锂硫电池正极材料应用于锂硫电池,具有较好的电化学性能。在0.2 C和1 C的充放电倍率下,首圈比容量分别达到1357 mAh g-1和1036 mAh g-1,循环100次后可逆容量分别为852 mAh g-1和782 mAh g-1。除此之外本文还解释了如何通过磷掺杂改变多孔碳对于多硫化锂的结合能来影响锂硫电池的循环性能。 (2)通过化学氧化聚合的方法在磷掺杂多孔碳/硫复合材料外包覆一层聚吡咯材料。因其导电性能良好且制备方法简单易控,通过在碳硫复合物表面包覆聚吡咯的手段增强正极材料的导电性和结构稳定性,以及通过减少正极材料充放电过程中的中间产物多硫化锂在电解液中的溶解来减弱锂硫电池的飞梭效应。将聚吡咯包覆磷掺杂多孔碳/硫复合材料作为锂硫电池正极材料,得到了非常好的循环性能。在0.2 C和0.5 C充放电倍率下锂硫电池循环100次之后可逆容量保留有初始容量的90%以上。 实验结果表明,磷掺杂对于改善锂硫电池性能有明显的帮助,聚吡咯的包覆有助于改善锂硫电池的循环性能。并且丝瓜络纤维作为一种廉价易得的碳源,制备所得的多孔碳用于制备锂硫电池正极材料有着非常不错的效果,对于推动锂硫电池商业化发展有着非常重要的作用。