锂离子电池作为电动设备的核心部件,起着不可或缺的作用。目前已经商业化的锂离子电池如Li Fe PO4的理论能量密度约为170 Wh Kg-1,远不能满足现代电子设备的需求。因此,急需研发出具有高能量密度的储能系统来满足现代社会的发展需求。锂硫电池作为一类新型的化学储能系统,因其高比容量(1675m Ah g-1)和高能量密度(2600 Wh Kg-1)而受到广泛关注,且硫储量丰富和环境友好的特性促使锂硫电池的实际应用成为了可能。但是锂硫电池也存在一些缺点阻碍了其商业化应用,如单质硫的强绝缘性(5×10-30S cm-1)、充放电过程中多硫化物溶解于电解液而导致的穿梭效应以及反应前后电池巨大的体积变化(80%)等。目前,各种碳宿主材料以其优异的导电性、高比表面积和大的孔隙率等特点被广泛的应用于锂硫电池以缓解锂硫电池中多硫化物溶解和单质硫绝缘等问题,如碳纳米管、石墨烯和多孔碳等。然而这些常规碳材料都存在着制备过程复杂、能耗高等缺点,远不能满足商业化大规模生产的要求。因此,本文选取廉价易得的生物质碳材料或在其中引入少量的碳纳米管和石墨烯作为活性物质硫的框架材料,通过蒸汽熔融法复合硫和碳,从而得到系列碳硫复合材料,并作为锂硫电池正极材料,研究了碳材料的微观结构及其对锂硫电池电化学性质的影响。主要研究内容及结果如下:1、选取环境友好且廉价易得的香菇作为生物质碳材料的前驱体,采用H3PO4活化、不同温度碳化的方式获得系列生物质的碳材料。经蒸汽熔融渗硫获得碳硫复合材料,探究了温度对香菇来源的碳材料的微观结构及其对锂硫电池电化学性能的影响。研究发现,经H3PO4活化且高温碳化处理获得的碳材料具有微孔和介孔共存的结构,且随着温度的升高,孔尺寸大小呈现先增加后减小的分布状态。H3PO4活化且碳化温度为650oC下获得的生物质碳材料具有最佳的微观结构。当含硫量约为52 wt%时,该碳硫电极在0.1 C下进行充放电测试获得首次为1357.8m Ah g-1的高放电比容量,循环100次后容量仍然维持在729 m Ah g-1,表明其优异的循环稳定性。即使在高的充放电倍率(1 C和2 C)下进行充放电测试,也能获得较高的放电比容量,其分别为467 m Ah g-1(1 C)和213 m Ah g-1(2 C),表明材料具有优异的倍率性能。香菇来源的生物质碳材料其高比表面积和大的孔隙率有利于抑制多硫化物的溶解,并缓解充放电反应前后电池的体积变化,从而提升电池的电化学性能。2、生物质多孔碳材料的获得主要是通过采用不同的活化剂进行化学刻蚀。因此,在以香菇为基质材料的基础上,研究了常用的H3PO4、K2CO3、KOH和Zn Cl2四种活化剂对碳材料的活化机理及相应的碳硫复合材料在锂硫电池中的电化学性质。研究发现,经H3PO4活化后得到的生物质碳材料具有最大的比表面积和最合适的孔径分布(1.1-2.5 nm);KOH和K2CO3活化处理得到的生物质碳材料具有相似微观结构;Zn Cl2活化处理的碳材料几乎没有任何孔结构。采用蒸汽熔融渗硫法获得四种碳硫复合材料,分别应用于锂硫电池正极材料。在0.1 C下进行充放电测试发现,H3PO4活化得到的碳硫复合材料表现出最优的电化学性能,首次放电比容量高达1357.8 m Ah g-1,K2CO3、KOH和Zn Cl2活化得到的碳硫复合材料的首次放电比容量分别为943.3 m Ah g-1、1013.0 m Ah g-1和860.9 m Ah g-1。优良的电化学性质是由于生物质碳自掺杂的N原子和外加H3PO4活化引入的P原子在多孔碳结构上形成的活性位点有利于限制多硫化物,从而提升电池的电化学性质。3、选取富含高蛋白的鸡蛋清作为基质材料,同时原位引入少量的二维还原氧化石墨烯(r GO)和一维碳纳米管(CNTs),通过活化和高温处理以构建具有三维导电网络结构的碳材料,经蒸汽熔融渗硫法获得碳硫复合材料,探究了r GO和CNTs的含量对碳三维导电网络结构和锂硫电池电化学性质的影响。研究发现,当r GO和CNTs含量分别为5.0 wt%的时候,获得最佳的碳三维导电网络结构。基于其的碳硫复合材料在0.1 C下具有极高的放电比容量为1446 m Ah g-1,高达96%的库伦效率,其单个循环容量衰减仅为0.034%;在1 C下循环400次后容量仍然保持为795 m Ah g-1。该全碳材料的三维导电网络结构和N/P双掺杂不仅有利于电池充放电过程中的Li+/e-迁移,且有利于限制多硫化物在电解液中的溶解,从而提升电池的电化学性能。4、生物质材料具有廉价、易得和可持续等特点,但由于其生长环境的不同导致其自身的微观结构具有较大差异。基于此,本文采用人工培养的方式获得了具有统一微观结构的菌丝生物质,将获得的生物质经高温处理获得具有蓬松多孔结构的碳材料,同样经蒸汽熔融法渗硫获得碳硫复合材料。在0.1 C下进行充放电测试,获得一个高的初始放电比容量1319 m Ah g-1,循环100次后放电比容量仍然还有663 m Ah g-1。一系列的测试表明人工培养的菌丝生物质也可以应用于锂硫电池正极以充当硫的宿主材料并提升锂硫电池的电化学性能。