电能作为一种高效易得的清洁能源,其应用范围越来越广泛,使用量逐年上升。随着科技的进步和社会的发展,以及人们对环保等问题的逐渐关注,电能的应用已经不仅仅局限在建设及大型设备方面,车辆以及小型的移动设备和越来越多的电子产品对电能的需求量也愈来愈大。二次电池作为一种方便、快捷的能源存储设备,受到社会各界广泛的关注。传统的商业化铅酸电池由于比容量较低,同时含有危害环境的铅等重金属而使用量正在逐年下降。目前市场上的锂离子电池也由于材料的限制导致其质量比容量差强人意,而且用作正极材料的过渡金属钴等元素由于储量较低,价格逐年上升。由于硫资源在地壳中的储量丰富,价格成本低廉,和对环境友好等特点,锂硫电池越发引起人们的关注。锂硫电池具有较高的质量比容量(1675 mAh g-1)和较高的能量密度(2500Wh Kg-1),因此被认为是目前最有潜力的二次电池体系之一。然而在目前的研究中,锂硫电池仍然存在一些难以克服的问题,阻碍了其商业化的的应用,比如:硫单质与电池放电终产物硫化锂的电子导电率较低,不利于电化学过程的发生;正极材料在循环过程中伴随较严重的体积效应,会导致材料在集流体表面的脱落及粉化,影响电池的使用寿命;电池在充放电循环过程中,中间产物的长链多硫化锂会扩散到锂负极发生电沉积,产生“穿梭效应”,进而使其库伦效率降低,破坏电池的循环稳定性,导致性能降低。针对以上锂硫电池存在的问题,本文从锂硫电池隔膜涂层的设计,涂层材料的制备以及正极硫载体的制备方面开展了相关工作,并测试与分析了其电化学性能,现将工作总结如下:(1)利用多壁碳纳米管与商品化乙炔黑混合浆料作为修饰锂硫电池Celgard 2400隔膜的材料,直接使用硫粉与乙炔黑的混合物,不经过传统的熔融方法,涂片后作为锂硫电池的正极。通过改变涂覆层的厚度,探究了不同厚度的修饰层对锂硫电池性能的影响,证明在修饰层厚度为300μm时,相应的锂硫电池有更大的锂离子扩散系数和最高的循环稳定性。将修饰层质量计算在内时,重新得到的电池比容量曲线中,200 μm厚度修饰层隔膜对应的电池有更高的比容量和较好的循环稳定性。进一步的,通过对比不同的组装方法,对比了修饰层在电池中所处的位置,证实了导电修饰层只有在与极片直接接触时,修饰层在锂硫电池中才可以更好的发挥二次集流体的作用,同时证明了修饰层可作为活性物质硫的缓存器,可防止活性物质的流失。(2)利用柠檬酸钙为碳源,经过简单的高温煅烧后,以盐酸去除多余的碳酸钙固体,制备出了片状结构堆叠而成的比表面积可达1335 m2 g-1的三维多孔碳。通过控制煅烧温度调控碳材料的石墨化程度和导电性,并将其作为锂硫电池的隔膜修饰材料。由实验结果可知,随着温度的升高,材料的石墨化程度会逐渐增加,同时比表面积也会有相应的提高,平均孔径变大。经过电化学表征后发现,1300℃条件下制备的多孔碳材料对应的电池具有更好的电化学性能,对应的锂硫电池具有较小的内阻,能满足较大电流密度下的充放电行为。(3)利用水浴回流的方法,我们制备了以氮掺杂石墨烯(NG)为基底,均匀分散的氧化钒材料(VO NC@NG)。并且通过进一步高温硒化,制备了相应分散性良好的VSe2纳米颗粒分散在氮掺杂石墨烯基底上的复合材料VSe2 NC@NG。分别将NG,VO NC@NG,VSe2 NC@NG三种材料用于锂硫电池的隔膜修饰中,通过测试对比发现,使用VSe2 NC@NG修饰隔膜对应的锂硫电池,表现出最好的循环性能和倍率性能,在0.5 C电流密度下循环200圈后比容量高达971 mAh g-1,在2C的电流密度下经过550次充放电循环后,其可逆比容量仍然能保持在760 mAhg-1。通过对恒电流间歇滴定和交流阻抗的测试等手段,探究了三种材料修饰隔膜后的相应电化学行为,发现VSe2 NC@NG修饰隔膜组装的电池具有更小的电荷转移电阻,有利于电化学反应的进行;通过锂离子扩散系数的计算和交换电流密度的计算,发现VSe2NC@NG对应电池具有更优异的电化学反应速率;通过成核实验与吸附实验,证明了 VSe2 NC@NG对多硫化锂的均匀成核有一定的促进作用,同时验证了对多硫化锂有较强的吸附能力。(4)通过简单的水热反应,合成了石墨烯与寡层片状硒化钼复合的材料。通过XPS和HRTEM的进一步研究表明,该材料硒化钼是1-T相MoSe2和2-H相MoSe2两相混合的材料。将该材料用来载硫作为锂硫电池正极材料时,经过熔融复合处理后,硒化钼会与硫单质形成Mo-S键,有利于单质硫在材料表面的均匀分散,进而可以将硫更加有效的固定在材料表面对载硫后的材料的电化学测试也证实了这种强的吸附作用的存在。在锂硫电池测试中,0.25 C的电流密度下,充放电循环240圈后,该材料仍然能保持1086 mAhg-1的比容量。对吸附实验的结果和循环后电池隔膜的SEM照片的分析可以进一步证明该材料对多硫化锂有较强的吸附作用,电化学阻抗谱显示,由于硒化钼的引入,导致材料的整体电阻变大,但是对锂离子扩散系数的研究表明,该硒化钼的引入并没有减慢锂离子的扩散过程,反而使其略有加快。同时,当活性物质硫的面载量提高到4.2mg cm-2时,对应的锂硫电池在0.3 C的电流密度下经过120圈的充放电循环后,其比容量仍然能保持在870 mAh g-1。