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锂硫电池因硫正极高的理论比容量和高能量密度,有望突破目前电动汽车中动力电池能量密度瓶颈。然而,由于硫的绝缘性、电极体积膨胀、多硫化物在电解液中造成的穿梭效应、锂枝晶生长和有效正极硫负载量不足等问题,导致锂硫电池电化学性能较差,致使应用受限。提高锂硫电池的活性物质负载量进而全面提高电池的已经成为研究者关注的重点问题之一。本文聚焦于锂硫电池面负载量和能量密度的提升,对锂硫电池的正极、负极和制备工艺分别提出了改进方法。首先制备了质轻、载硫能力强的吡咯调控的三维石墨烯气凝胶;其次,通过在负极引入石墨烯纸集流体,制备了GP@Li/Py-NGF@S的锂硫全电池;最后,通过喷涂的方法在不明显增加极片质量的情况下,包覆氮化碳保护层,并研究了自放电性能,主要研究结果如下:(1)通过在石墨烯水热还原过程中添加吡咯,制备出轻质、载硫能力强的三维石墨烯气凝胶,从正极角度提高器件的能量密度。通过三维石墨烯提供的物理限制作用和吡咯小分子对多硫化物原位化学吸附作用,提升锂硫电池的电化学性能,在面负载量高达6.2mg/cm~2的情况下,首次放电比容量为985.8mA h/g,在100次循环后,容量保持率为81%。(2)在第一个实验的基础上,在正极中加入抗坏血酸进一步提高石墨烯还原性,以提高比表面积和孔隙度进而改善正极的含硫量;在负极采用石墨烯自组装技术制备的石墨烯纸集流体,达到抑制锂枝晶的效果。二者配合组装成GP@Li/Py-NGF@S的锂硫全电池。在单位面积硫负载量达到5.4 mg/cm~2的情况下,初始放电比容量为990mA h/g,考虑到正负极和电解液的质量,全电池能量密度为540W h/kg,400次循环保持率为87.6%。(3)制备了石墨相氮化碳纳米片,并利用了喷涂技术在正极极片表面制备了氮化碳薄膜。通过可视化实验和电化学性能测试,证明氮化碳薄膜可以有效抑制锂硫电池充放电过程中的穿梭效应和静置过程中存在的自放电现象。这主要是由于氮化碳对多硫化物有强吸附作用。相对于传统的刮涂等技术,喷涂技术有助于简易大规模进行隔膜、极片等的改性处理,成本低廉,有广泛的发展前景。