锂硫电池因其活性材料硫来源丰富,无毒且对环境友好,同时又有高的能量密度和理论比容量(约为传统锂离子电池的5倍),而引起人们的广泛关注。但是锂硫电池仍然存在一些问题令其商业化道路十分坎坷:如硫及其最终放电产物Li2S和Li2S2的导电性差;硫在锂化过程中引起的体积膨胀,可溶性的放电中间产物多硫化锂溶解于电解液形成穿梭效应导致电池容量快速下降等。本文针对上述问题,设计制备了过渡金属(化合物)/非金属杂原子掺杂的多功能碳纳米材料,作为锂硫电池隔膜的功能涂层。旨在通过物理限制和化学吸附锂硫电池循环过程中产生的多硫化合物,抑制其穿梭效应,以提高电池的电化学性能。本文的主要内容如下:1.使用氧化石墨烯作为原料,引入三聚氰胺做氮源,四水合乙酸钴作为钴源,高温处理后得到负载Co纳米棒的还原氧化石墨烯复合材料(Co-N-rGO),并使用Co-N-rGO对锂硫电池隔膜进行改性处理。过渡金属Co可以促进多硫化锂的转化,而氮原子的引入不仅可以提高非极性石墨烯片层的导电性,还可以通过化学吸附作用固着多硫化锂,从而有效抑制其穿梭效应。以Co-N-rGO为隔膜改性涂层的电池表现出了优异的电化学性能,尤其是在大倍率充放电的条件下其优势更加明显。2.使用氧化石墨烯为原料,引入三聚氰胺做氮源,柠檬酸铁铵作铁源,经过高温热解得到具有三维结构的Fe3C,N共掺杂还原氧化石墨烯复合材料(Fe3C-N-rGO)。铁源的引入可以催化生成直径为30～40 nm,长度约为300 nm竹节状的氮掺杂碳纳米管,这种三维立体的结构使材料具有250.68 m2 g-1的高比表面积。电化学研究表明生成的Fe3C纳米颗粒且被包覆在碳纳米管中,可以改变附近碳层的电荷分布,从而对多硫化锂产生吸附作用,同时Fe3C纳米颗粒还可以促进充放电过程中多硫化锂的转化。3.对非金属杂原子掺杂的碳材料用于隔膜改性以改善锂硫电池的性能影响进行了探究。该材料的制备无需加入金属盐,实验在常温常压液相条件下进行,经一步热解即可得到N,P共掺杂还原氧化石墨烯。相比单一掺杂的碳材料,同时将N,P原子引入到碳材料中可以产生更多的活性位点,碳原子双重活化的协同效应导致了更强的化学吸附能力。电化学实验结果表明,N,P共掺杂还原氧化石墨烯材料用于隔膜改性更有助于提升锂硫电池的性能。