随着社会的不断进步和消费电子工业的发展,对高能量密度储能系统的需求日益增加。受到理论比容量限制,目前广泛使用的锂离子电池能量密度提升幅度有限。故此,理论能量密度高、发展潜力大的锂硫电池受到了广泛关注,成为了研究的热点。目前锂硫电池尚存在硫利用率低、自放电严重、循环寿命短、容量衰减快、倍率性能差等问题,这些问题均和电池硫正极中锂、硫反应有关,因此改善硫正极中复杂的硫化学反应效率是提高锂硫电池宏观性能的核心所在。由于硫材料受自身性质决定,即不导电且随温度变化,相态、粘度等物理性质会发生较大改变,因此硫正极中需要使用碳材料和硫复合形成碳硫复合材料。碳材料作为多孔电极中最常用的电极材料,在锂硫电池硫正极上电化学反应过程中扮演者多重角色,它既起到传导电子的作用,其大的比表面积为电化学反应提供反应界面,同时其孔隙还可以吸附放电产物多硫化物。而通过改变碳硫复合材料的制备条件,使碳、硫材料更好的结合,由碳、硫复合形成碳硫复合材料进而构建微观结构不同的硫正极,创造更为合适的硫还原、氧化反应环境,是提高硫正极中电化学反应效率的有效途径。碳材料不同,碳硫比不同,碳硫复合材料制备温度不同以及是否在碳硫复合材料中添加具有较强多硫化物吸附能力的材料都会直接影响最终锂硫电池的性能。故本文对硫正极中不同碳材料、不同的碳硫比例、在不同温度下处理碳硫材料及在碳硫复合材料中掺杂Ti O2后锂硫电池的性能表现进行了实验研究,并对锂硫电池中的放电过程进行了初步模拟,得到如下结果:(1)通过比较科琴黑和乙炔黑分别作为碳基材料应用于锂硫电池硫正极的电池充放电性能。相比乙炔黑等不同碳材料所制备的电池,使用科琴黑的电池性能整体表现最佳,科琴黑自身孔结构更为丰富、比表面积较大、孔容积大、导电性能佳,这说明科琴黑碳材料有更大的应用空间。(2)使用熔融法制备硫碳复合材料,通过控制碳硫材料不同的处理温度,从实验结果来看,相比常规的155℃处理温度,要想在较高硫含量情况下让硫能更好分散到碳材料中,需要更高的温度。较高处理温度(300℃)、充足的扩散时间(10h)所制备的碳硫复合材料应用于电池时表现出了更好的充、放电性能和循环性能,这表明提高温度有利于硫在碳材料孔隙中的扩散,硫在碳材料中分散更为均匀,增加了硫电化学反应利用率,硫深入分布到碳材料介孔中也在一定程度上抑制了硫的穿梭效应。(3)初步建立了锂硫电池硫正极电化学反应过程模型,并进行了模拟计算,模型计算结果和实验结果较好吻合,可以定量给出不同放电电流条件下电池的宏观放电表现,也初步比较了硫在电极中均匀分布时电极厚度不同情况下电池的宏观性能表现,为后续电极中硫碳分布状况不同的模拟奠定了基础。