摘要
锂硫电池具有理论比容量高、成本低廉、环境友好的优势，受到广泛的关注。然而，锂硫电池中硫正极及其放电产物电子电导低、充放电过程中的体积形变大，同时存在多硫化物的穿梭效应和锂枝晶的生长问题，严重限制其实用化进程。 本论文针对锂硫电池中多硫化锂的穿梭效应问题，通过设计功能性隔膜，抑制多硫化物向负极侧的扩散，进而提高锂硫电池循环稳定性。为了更进一步解决多硫化物的溶解和扩散问题，以固体电解质替代液体电解质和隔膜，构筑全固态锂硫电池以消除穿梭效应，同时，通过正极结构设计缓解电极体积膨胀、构筑离子/电子导电网络，进一步提高电池能量密度。主要工作如下： （1）钴掺杂碳氮化合物复合隔膜的制备及其电化学性能研究。 采用金属掺杂和高温碳化的方法成功制备钴掺杂管状氮化碳材料，并将其与隔膜材料抽滤复合。钴掺杂管状氮化碳材料具有较高的比表面积和电子电导率，电极材料表面丰富的活性位点有利于捕获多硫化物，电极材料中电子传输速率提升，从而使正极侧多硫化物转化反应快速完成，可有效抑制多硫化物的穿梭效应。采用钴掺杂碳氮化合物复合隔膜的液态锂硫电池表现出优异的电化学性能，在0.1、0.2、0.5、1和2C电流密度下放电比容量可达1304.1、1174.4、1021.7、942.7和863.6mAh g-1。此外，锂硫电池在2C下可稳定循环400圈，每圈循环的容量衰减仅为0.07%。 （2）MoS2-C@Li7P3S11正极材料全固态锂硫电池的制备及其电化学性能研究。 采用化学插层和剥离的方法得到1T相MoS2，引入带正电的四甲基氢氧化铵，与带负电的MoS2通过静电吸附自组装形成MoS2-四甲基氢氧化铵复合材料。在复合材料表面包覆电解质层，通过退火碳化形成MoS2-C@Li7P3S11复合正极材料。1T相MoS2具备较高的本征电导率，通过MoS2-C@Li7P3S11复合正极材料结构设计，扩大了其层间距，能在提高离子和电子电导率的同时，有效缓解正极的体积形变。以MoS2-C@Li7P3S11复合正极材料组装全固态锂硫电池，0.1C下表现出1408.1mAh g-1的高初始放电容量，并且在60次循环后仍保持638.2mAh g-1的比容量。即使在2C的电流密度下循环300次，仍然保持308.2mAh g-1的高比容量。
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