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Li-S电池是以元素硫或硫化物为正极,金属锂为负极的二次电池。Li-S电池的理论比容量高达1675 mAh/g,理论能量密度为2600 Wh/Kg,被认为是未来最有希望的储能装置。此外,元素硫在地壳中储量丰富、价格低廉、环境友好等优点。然而,Li-S电池目前仍面临着许多问题:(1)单质硫不导电,导致正极材料电导率差;(2)单质硫与锂反应生成多硫化锂易溶解在电解液中,形成“穿梭效应”,使活性物质利用率降低和电池循环稳定性变差,并在锂负极上形成硫化锂枝晶沉淀,易戳破隔膜;(3)硫被还原成多硫化锂,体积膨胀70%。本文通过改变硫碳正极材料的结构和金属氧化物掺杂来改善Li-S电池的性能。主要从以下几个方面开展研究工作:(1)通过硬模板法制备多孔碳,改变硫碳的质量配比,研究硫碳比对Li-S电池硫碳复合正极材料的影响。结果表明:S:C=4:1时,硫碳复合正极材料装配成的电池在0.2 C的放电倍率下首次放电容量为1390 mAh/g,100次循环后仍能保持520 mAh/g,循环稳定性在三种配比中最佳(S:C=3:1、4:1、5:1)。(2)以葡萄糖为碳源,纳米碳酸钙为模板制备不同模板比例的多孔碳,研究模板比例对Li-S电池硫碳复合正极材料的影响。结果表明,葡萄糖:碳酸钙=4:4制备的碳材料比表面积最大(1437.51 m2/g),与硫复合后的正极材料装配成的电池,在0.1C的放电倍率下,首次放电容量最高(1480 mAh/g),100次充放电循环后仍能保持600 mAh/g。(3)分别以葡萄糖和聚乙烯醇为碳源先驱体,按相同的模板比例制备多孔碳材料,实验发现,葡萄糖为碳源制备的多孔碳材料,与硫复合后的正极材料装配成的电池性能更优越,在0.2 C的放电倍率下,首次放电容量为1390 mAh/g,100次充放电循环后仍能保持520 mAh/g。(4)在S/C正极材料中掺入不同含量的Cu20,结果表明掺入Cu20的正极材料装配的电池其循环稳定性得到了较好的提高,其中Cu20掺入量为10%的正极材料(MC-Cu2O(10%)-S)的电池电化学性能最佳,在0.2 C的放电倍率下,首次放电容量为1500 mAh/g,100次循环后仍能保持700 mAh/g。