锂离子电池因为能量密度高成为电动汽车动力电池的首选,然而相比于锂硫电池的能量密度（2600Wh/kg）,锂离子电池能量密度（200-250Wh/kg）显然无法满足电动汽车进一步发展的需求。锂硫电池除了能量密度高,还具有成本低、环保等优点,这使它成为全球科研工作者的研究热点。然而由于其内部特殊的电化学反应原理（包括充放电过程的中间产物通过隔膜在正负极间的穿梭效应和正极的膨胀效应）,使得其商业化进程受到了极大的限制。文章针对锂硫电池体系中存在的一系列问题,提出了一种用g-C₃N₄隔膜代替普通隔膜以提升锂硫电池的性能的方法。通过此过程,研究了锂硫电池特有的充放电机理和电化学性能,为后续锂硫电池建模及参数辨识提供必要的理论基础和实验数据。可以通过电池模型由电池外部特性直接推测出电池内部工作状况,给电动汽车运行过程提供可靠数据以维持运行,因而电池模型的建立是锂硫电池实际应用于电动汽车的必经环节。本文围绕锂硫电池的电化学特性和电池模型主要做了以下几方面的工作:1)锂硫电池的改性研究。实验通过对比g-C₃N₄改性隔膜与普通隔膜的电池电化学性能,研究了g-C₃N₄隔膜对电池电化学反应过程的影响并探索其作用机理。研究发现:g-C₃N₄隔膜是由有序堆成的g-C₃N₄片组成,g-C₃N₄片层之间的隧道和波纹提供了Li⁺的快速运输通道,而其上面存在的吡啶氮（pyridinic-N）可以有力固定充放电过程中产生的多硫离子,有效抑制穿梭效应的产生。g-C₃N₄隔膜锂硫电池在0.2C充放电倍率下比容量能够达到990 mA h g^-1,在200次循环之后,其容量仍为829 mA h g^-1,每周期容量衰减率仅为0.5%。此改性隔膜电池在2 C的充放电倍率下比容量依然能够保持在400m Ah g^-1,而当电流强度再次回到0.2 C时,g-C₃N₄改性电池可逆容量为830m Ah g^-1。此处做的各种电化学实验,在深入研究锂硫电池电化学性能的同时为后续锂硫电池建模提供了实验数据和理论依据。2)建立锂硫电池等效模型。首先利用各电池荷电状态（SOC,State of Charge）点的阻抗谱实验数据直接获得锂硫电池一、二阶RC等效电路模型中的各参数,在MATLAB/Simulink中建立相应的等效电路模型仿真平台,验证锂硫电池恒流工况下的仿真效果。仿真结果显示,一阶RC等效电路模型和二阶RC等效电路模型均对恒流放电工况具有较好的拟合精度。其中一阶RC等效电路模型充放电的整体误差保持在2.5%内;二阶RC等效电路模型的误差保持在1%甚至更小。误差对比分析可知,二阶RC等效电路模型更能很好的拟合锂硫电池工作时的放电曲线。3)建立锂硫电池电化学单粒子模型。单粒子模型由固相锂离子扩散方程,Butler-Volmer动力学方程及电池端电压方程组成。采用三参数抛物线方法将表示固相锂离子扩散方程由二阶偏微分方程化为常微分方程组和代数方程,降低模型的复杂度。接下来拟合正负极开路电压的表达式并利用菌群觅食优化算法辨识模型中的未知参数。然后在Matlab/Simulink中搭建锂硫电池单粒子模型仿真平台,并将辨识得到的参数值带入到单粒子模型中进行恒流放电工况下的仿真验证实验。实验结果表明,锂硫电池单粒子模型能够拟合锂硫电池工作时的放电曲线,具有令人满意的仿真精度。