随着经济和科技的发展与进步,现在的储能系统越来越不能满足社会的需要,开发新型的储能系统势在必行。锂-硫电池以其高能量密度等优点受到广泛的关注,是非常有前途的新型储能系统之一。锂-硫电池的理论比能量高达2600 Wh Kg-1,十倍于现在的锂离子电池,此外,硫元素在自然界中储量丰富、环境友好。但是,锂-硫电池同样存在着许多问题,例如,正极活性物质硫的导电性差,充放电过程中的体积膨胀大,容量衰减快和寿命短等。因此,对于锂-硫电池正极材料而言,提高性能的关键是提高导电性、抑制“飞梭效应”以及缓解体积膨胀等。研究表明,多孔碳具有比表面积大、导电性好和无污染等优点,与单质硫混合后作为锂-硫电池正极材料可以增加单质硫的导电性,缓解充放电过程中的体积膨胀;金属氧化物可以通过与多硫化物形成化学键的方式抑制“飞梭效应”,提高锂-硫电池的循环性能。因此,本文将以多孔碳与金属氧化物为硫的载体,研究其作为锂-硫电池正极材料的电化学性能及反应机理。主要研究内容如下:1)以Si02为模板合成ZrO2空心球结构,然后通过碳化葡萄糖的方式在其表面包覆碳层,制备大小均匀的Zr02@C空心球结构,以其作为硫的载体应用于锂-硫电池正极材料中。空心球结构可以容纳大量的单质硫,提高硫的负载量(68%)并缓解放电时的体积膨胀;ZrO2材料可以与放电中间产物(多硫化物)形成化学键,抑制其向电解液中的溶解;碳层的存在增加了体系的导电性,提供了良好的电子传输通道,降低电化学阻抗。经过测试,电池在0.1 C电流密度下,首次放电容量高达1254.1 mAg-1,在150个循环后,性能仍然保持在580.7mAh g-1,展现了良好的循环性能。2)以二硫代水杨酸作为碳化的前驱体,碳化制备多孔碳材料,经过KOH溶液活化后,作为硫的载体应用于锂-硫电池正极材料中。材料中丰富的介微孔结构提高了体系中的硫含量,缓解体积膨胀并有效抑制“飞梭效应”;材料良好的导电性为电子和锂离子的传输提供通道,加速体系的电化学反应。对不同温度碳化合成的材料进行测试,其中500℃下碳化的材料具有最好的电化学性能:在0.1C的电流密度下循环100次后的容量保持在489.7 mAh g-1,在500次循环后容量保持 412.3 mAh g-1。