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锂硫电池以硫为正极,金属锂为负极,具有理论能量密度高、成本低的明显优势,因而成为当前二次电池研究领域的一个热点。鉴于硫的绝缘体特征不利于电荷传输,通常需要将硫与导电材料进行复合构筑正极。其中,最常见的是将硫与碳材料进行复合,以碳材料为导电基体,将硫分散其中,以提高硫的利用率。另外,导电聚合物和金属氧化物也可以用来构筑硫的导电网络,提高硫正极的电化学性能。基于这一思路的复合正极材料的研究已经取得了不错的效果。然而,碳材料和导电聚合物虽然具有良好的导电性,但其振实密度较低会导致硫正极在单位体积下能量密度偏低。而金属氧化物多为半导体,在电极内部电荷传输方面并非理想选择。鉴于此,本文研究工作中,采用具有良好导电性,且具有较高密度的氮化钛构筑硫正极的导电网络,以期制备振实密度高、硫负载量高、循环性能好的硫正极复合材料。 本文首先制备氮化钛纳米管-硫正极复合材料并研究其电化学性能。与碳纳米管类似,氮化钛的管状形态易于形成有效的导电网络。以水热法制备的质子钛酸盐纳米管为前驱体,通过氮化反应制备氮化钛纳米管。将氮化钛纳米管与硫球磨,并进行后续热处理,制备不同硫含量的氮化钛-硫复合材料。所制复合材料的硫含量分别为56.1、66、74及86wt.%。电化学测试表明,在前10周的容量衰减较为明显,之后趋于缓慢。随着硫含量的增加电化学循环稳定性提高,然而,含硫量为86wt.%的材料虽然具有含硫量高,但硫的利用率较低,导致容量和循环稳定性较差。其中,硫含量为64wt.%的首周放电比容量为1025.6 mAh/g,在0.1C倍率下进行充放电循环50周后,放电比容量为612.8 mAh/g。其二,制备氮化钛空心纳米球-硫正极复合材料并研究其电化学性能。由于氮化钛纳米管团聚现象较为明显,使其与硫复合不够均匀,因而导致硫的利用率偏低。为进一步提高氮化钛导电网络的有效性,采用分散均匀的氮化钛空心纳米球球构筑导电基体。采用聚苯乙烯小球模板法制备均匀分散的二氧化钛小球,经过氮化反应后制得氮化钛空心纳米球。通过热处理方法制得不同硫含量的氮化钛空心球-硫复合材料。所制复合材料中氮化钛空心球分散均匀,经过热处理与硫混合后,大部分空心球呈开口形态,有利于与硫的复合。所制复合材料的硫负载量分别为58、65、77及88wt.%。电化学测试表明,氮化钛空心纳米球-硫复合材料相比氮化钛纳米管-硫复合材料具有循环性良好、比容量高的优点。其中,硫含量为65wt.%的复合材料首周放电比容量为884.2 mAh/g,在0.1C倍率下100周充放电循环后放电比容量为540.2mAh/g。这一结果可以归因于氮化钛较好的分散状态和空心球结构将聚硫离子限制在球壳内部,从而有效阻止了聚硫离子的扩散。