摘要
锂硫电池因其高理论比容量、无毒以及单质硫来源广泛等优点，在新一代储能电池领域备受关注。尽管锂硫电池有许多的优点，但仍然存在活性材料利用率低、循环寿命短、自放电和库仑效率差等问题，严重阻碍了其实际应用。层状双金属氢氧化物（LDH）中丰富的亲水羟基对多硫化物具有较强的化学亲和力，并可以通过充足的“亲硫”位点促进多硫化物的氧化还原反应动力学，被认为是一种有效的硫宿主材料。 本文从锂硫电池正极材料的改性角度出发，通过自然沉降法和离子刻蚀法，制备出三种具有不同金属的钴基LDH空心多面体材料，并探究不同钴基LDH材料的形貌结构差异以及在锂硫电池中应用性能的差异。通过喷雾干燥技术对NiCo-层状双金属氢氧化物（NiCo-LDH）的结构进行了进一步优化，得到了由NiCo-LDH与还原氧化石墨烯（rGO）组成的复合材料（NiCo-LDH@rGO），研究了其制备方法和电化学性能。此外，还进一步研究了硫载量对电化学性能的影响，为锂硫电池的应用研究提供了重要参考。 （1）本文以ZIF-67为模板，采用离子刻蚀法，制备出了含有不同金属的钴基LDH空心多面体。由于采用的刻蚀剂中金属阳离子种类不同，三种LDH材料的片层大小以及致密程度存在明显差异。进一步对三种LDH材料进行形貌分析、催化性能测试，发现NiCo-LDH在对多硫化物的吸附性能以及催化性能上表现出了明显的优势。当其作为锂硫电池硫载体时，表现出了优异的电化学性能，在0.2C的倍率下，首次放电比容量能够达到1095mAhg-1。 （2）在此基础上，通过喷雾干燥技术对NiCo-LDH的结构进行了进一步优化，制备得到了NiCo-LDH@rGO复合材料。该复合材料表现出了复杂的微纳层次结构，由NiCo-LDH多面体紧密聚集，并被rGO充分包裹，有效提高了材料的导电性和结构完整性。研究结果表明，前驱液中NiCo-LDH与GO质量浓度比为5∶1时，所合成的NiCo-LDH@rGO-2复合材料能够实现较高的活性物质利用率和稳定的充放电循环性能，在0.1C的倍率下，首次放电比容量能够达到1337mAhg-1。 （3）研究了硫载量对S/NiCo-LDH@rGO-2电化学性能的影响，当活性物质硫和NiCo-LDH@rGO-2质量比为3∶1时，复合正极材料能够获得最佳的电化学性能，100次循环后，其放电比容量稳定在1000mAhg-1。
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