锂硫电池因为其具有较高的能量密度近年来受到了非常广泛的关注,硫的理论比容量高达1675mAh/g,锂硫电池的能量密度也高达2600Wh/kg,相比于现在商业化的锂电池,十分具有优势。同时,硫还有在自然界中资源丰富、成本也较低,并且硫元素对环境友好,所以锂硫电池作为一种新型的绿色二次电池有望成为商业化锂离子电池的下一代高能量电池,但是锂硫电池目前还存在很多阻碍商业化的问题,第一,硫的导电性特别差,导致活性物质利用率低。第二中间产物多硫化物容易溶解在电解液,造成“穿梭效应”,导致活性物质流失,循环性能差。第三,锂硫电池循环过程中,硫正极的体积膨胀效应也影响电池的稳定性。这些问题一直限制着锂硫电池的进一步发展和应用。本学位论文就提高锂硫电池的循环稳定性,从改性隔膜、添加物理阻隔夹层以及制备改性石墨烯/硫正极材料这三个思路,开展了以下研究工作:(1)首次设计出由氧气等离子体诱导聚丙烯隔膜表面发生交联反应,在等离子体放电过程中,聚丙烯的侧链甲基在产生的空间张力作用下C-C和C-H键断裂,并且在断裂的键合位置将产生含氧官能团,例如-COOH,-OH和其它含氧官能团。经过氧气等离子体处理的隔膜具有良好的电解液浸润性以及电解液的保持能力。将其与还原石墨烯/硫正极材料组装成电池,在循环过程中,电负性的含氧官能团可以抑制阴极中的电负性的多硫化物穿梭至锂负极一侧,减弱穿梭效应,提高循环稳定性。(2)以生长在碳纸上的水滑石结构材料(LDHs)为前驱体设计了一种纳米颗粒堆积结构氮化物夹层。这种氮化物夹层具有比较好的导电性,并且这种纳米颗粒堆积的结构可以很好的保持住电解液,提高电子的传输能力。这种纳米颗粒堆积结构氮化物夹层可以通过其内部的空隙和多硫化物的物理或化学相互作用捕获和吸附多硫化物:金属氮化物以及金属氮化物表面生成的金属氧化物钝层具有优异的化学稳定性,而且可以提供了一个极性的表面,这种极性的接触面对极性的多硫化物有很强的吸附作用,从而减轻多硫化物的溶解而产生的穿梭效应,同时,在电极和隔膜之间加入一个中间夹层可以给硫正极的体积膨胀提供一个缓冲层,减弱体积膨胀对电池的负面影响。将其与还原石墨烯/硫正极材料组装成电池,在0.2C时其首圈比容量可以达到1001.8 mAh/g,循环100圈之后仍然拥有746.9 mAh/g的容量剩余,同时在0.5C的倍率下仍然拥有764.6 mAh/g,循环800圈之后仍然拥有477.5 mAh/g的容量剩余,容量剩余效率可达到62.4%。(3)石墨烯锂硫电池中用得最多的负载硫的碳材料之一,石墨烯具有极好的导电性以及极高的原子迁移率。我们首次设计了由氮气等离子体刻蚀同时氮掺杂的石墨烯用来作为硫的负载材料。经过等离子体处理之后,使用同样的负载硫的方法,可将硫的负载量从处理之前的60%提高到75%,同时由于氮掺杂之后,对多硫化物的吸附作用更强,电池的循环稳定性得到了明显提升。这种方法为设计改性更加耐用的锂硫电池电极材料提供了新颖的方法。