上世纪90年代后期,索尼公司研发的锂离子电池得以应用,诸多电子设备,如笔记本电脑、电动车等均用到了锂离子电池,锂离子电池成为人们生活不可或缺的一部分。就新能源汽车领域来说,其对锂离子电池的需求逐年递增。而现阶段的锂离子电池由于自身较低的实际能量密度,不能满足市场日益增长的需求。锂硫电池由硫和金属锂构成正负极,理论比容量可达1675 mAh g-1,能量密度为2500 Wh kg-1,加之硫无毒,环境友好,被誉为是最具潜力的二次电池体系之一。当然,它也存在着一些问题,比如:导电性差,穿梭效应以及体积膨胀等。上述问题使得锂硫电池的商业化难以实现,阻碍了锂硫电池的进一步发展。本论文就上述问题从锂硫电池正极材料设计的角度展开了研究工作,制备了多种分级多孔碳/硫复合材料,将其作为锂硫电池正极材料并展开了电化学性能的测试与分析。研究工作包括:(1)以层状的C3N4为模板,无水葡萄糖和二硫代草酰胺(DTO)为原料,通过简单的一步煅烧法制备出比表面大,N、S双掺杂的多孔石墨烯材料(N,S-FLG),同时探讨了不同温度对其比表面积,孔体积及氮、硫掺杂量的影响。实验表明,在氩气氛围下煅烧温度为900 ℃时,以该石墨烯材料为载体负载硫(N,S-FLG900/S),所表现的锂硫电池的电化学性能最优。N,S-FLG900/S电极材料在0.8 Ag-1的电流密度下循环300圈,容量保持在602 mAh f1,即使在1.6 A g-1的大电流密度下循环500圈,容量仍可维持在506.4 mAh g-1。大的比表面积(460.9 m2 g-1)、大的孔体积(1.31 cm3 g-1)及合适的掺杂量之间的协同作用,使得N,S-FLG900作为载硫材料,组装的锂硫电池获得了优异的电化学表现。(2)选取生物质原料——枇杷叶,采用水提醇沉法提取出多糖,再经过高温煅烧,HC1洗涤等步骤得到大孔、介孔、微孔共存的分级孔碳材料(HPCM),以此为硫载体制备了分级孔碳/硫复合材料(HPCM/S),将其作为锂硫电池正极材料并对HPCM/S的电化学性能进行了测试与分析。HPCM/S电极材料在0.8 A g-1的电流密度下循环300圈,容量维持在603.5 mAh g-1,而在1.6 A g-1的电流密度下循环500圈,容量可维持在485.4mAh g-1。大的比表面积与分级孔的协同作用,使得HPCM材料作为硫载体展现出自己独特的优势,表现出良好的电化学性能。首先,大的比表面积和孔体积有助于活性物质硫在载体材料中更好的分散;此外,大孔、介孔、微孔共存的孔结构能够有效缓解电极材料在充放电过程中体积的变化,从而保证整个电极的稳定性。