随着新能源、清洁能源产业的广泛发展,可充式、高能量密度电池受到空前关注。其中,锂硫电池因具有高容量、能量密度、低成本等优点,被认为是当前最具吸引力的二次电池体系之一。本研究中以锂硫电池用聚丙烯腈/硫复合正极材料为研究对象,从聚丙烯腈原料选取及形貌、复合材料的结构优化等方面进行试验,研究讨论了各试验对PAN/S复合材料的电化学性能的改进情况。聚丙烯腈原料在实际工业生产中多以嵌段形式存在,研究中选用两种工业用嵌段PAN分别与硫复合,考察所得材料与之前均聚PAN/S材料的性能差异,并验证原材料比例、反应时间条件对其性能的影响。采用SEM观察嵌段PAN颗粒呈多孔、球形状,直径超过10μm。测试表明,直接由嵌段PAN制备的复合材料,电化学极化严重,硫利用率低;采用球磨法可将此大颗粒、半封闭状的颗粒打散,提高材料的硫含量并改善其电化学性能。充放电测试表明,球磨处理后材料的充放电平台较处理前材料明显变宽,放电平均电压上升,实际容量接近理论值。在球磨的基础上,进一步采用添加辅助材料金属钒、导电碳、碳纳米管的方法改进材料的电化学性能。SEM观察表明,添加金属钒后,材料的表面包覆了一层规整的、呈六棱柱形的硫化钒晶体,此晶体层既可以提高硫基活性材料的导电性,同时还可作为部分活性材料。由于此晶体层结构难以维持稳定,复合材料循环性能较差;添加的导电碳可以深入复合材料一次颗粒内部形成均一的包覆层,测试结果表明,材料中的硫利用率及循环寿命得到有效提高;添加碳纳米管后,材料颗粒间均匀的填充了一层碳纳米管纤维层,在整个材料体系形成密集的网状结构,在0.5C条件下测试,100次循环后容量保持率达到96.5 %,在7C下放电仍保持有初始可逆容量的71%,材料的循环性能及倍率特性得到明显改善。此外还验证了碳纳米管含量对材料性能的影响。为克服原料PAN一次颗粒团聚、大颗粒尺寸对最终复合材料电化学性能的影响,研究中利用了嵌段聚合物的自组装特性,将嵌段PAN原料溶于溶剂并涂膜,控制外界条件,得到具有纳米网状纤维结构的薄膜正极。同时,此薄膜正极具有特定的反应结构,即将单质硫设置在中间层,以保证加热过程中单质硫与表层聚合物膜的充分接触及反应。测试结果表明,材料的容量较之前颗粒状材料得到明显提高,同时网状纤维结构易于电极工作中离子和电子扩散,电池性能优于传统方法制备的颗粒材料。