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随着科技的发展,人们对电池性能的要求日益提高。锂硫电池由于具有较高的理论能量密度(2600 Wh/kg)和理论比容量(1675 mAh/g),成为人们研究的热点。但是,锂硫电池的商业化应用受到了单质硫的导电性差和反应中间产物多硫化物易溶解等问题的制约。研究人员通常将硫与氧化物、导电聚合物或碳纳米材料复合,改善锂硫电池的电化学性能。蛋白石页岩中SiO2含量超过80%,而SiO2纳米颗粒中的Si-O键可以有效地吸附多硫化物,同时蛋白石页岩有良好的离子交换能力和亲硫性。聚苯胺导电性好,环境稳定性高,且不溶于电解液,有独特的质子掺杂机制,同时其表面有特殊的官能团和独特的链结构,可与硫或多硫化物发生化学作用,从而达到良好的束硫效果。因此,本论文以蛋白石页岩为载硫体,制备了蛋白石页岩/硫复合材料和蛋白石页岩/硫-聚苯胺复合材料,并对其形貌、结构和电化学性能进行较为系统的分析测试。研究内容主要分为以下三个部分:(1)对蛋白石页岩原材料进行简单的预处理,通过熔融法制备不同含硫量(40%、50%和60%)的蛋白石页岩/硫复合材料。含硫50%的蛋白石页岩/硫复合材料的电化学性能最好,其在0.2 C倍率下,初始的放电比容量为980.7 mAh/g,循环100次后,放电比容量衰减至462.0 m Ah/g,容量保持率为47.1%。(2)为了提高蛋白石页岩的孔隙率并制备具有小尺寸硫的复合材料,采用化学沉积法制备不同含硫量(40%、50%和60%)的蛋白石页岩/硫复合材料,其电化学性能优于熔融法,且在含硫50%时的电化学性能最好。在0.2 C倍率下,其首次放电比容量为1161.1 mAh/g,循环100次后的放电比容量为599.4 mAh/g,容量保持率为51.6%;在0.5 C倍率下,其首次放电比容量可达到832.4 mAh/g,循环300次后,放电比容量仍可保持在373.5 mAh/g,容量保持率为44.9%。(3)为进一步提高锂硫电池的电化学性能,对化学沉积法制备蛋白石页岩/硫(50%)复合材料进行聚苯胺包覆。实验结果显示:包覆过后,蛋白石页岩/硫-聚苯胺复合材料的电化学性能有所提高。当苯胺单体的加入量为0.5 mL/g时,制备的蛋白石页岩/硫-聚苯胺复合材料的电化学性能最好,聚苯胺包覆的厚度约为400 nm。在0.5 C倍率下,经过16次的循环活化后,其放电比容量达到最大为1164.9 mAh/g,循环300次后,放电比容量仍可维持在539.3 mAh/g,容量保持率为46.3%。