锂硫电池是最具潜力的下一代二次电池,它的理论比容量高达1672 mAh/g,同时它还具备价格低廉、环保无污染等诸多优点。尽管如此,锂硫电池的商业化应用始终面临着硫正极的电导率低、体积膨胀、穿梭效应等难题。为了克服锂硫电池的商业化应用所遇到的困难,本论文基于锂硫电池正极的碳基体设计,制备了新型硫/碳复合正极材料。研究的具体内容如下:(1)以碳纳米管球为碳基体,通过155℃加热熔融法载硫制备得碳纳米管球/硫复合材料(CNTs@S),根据不同的载硫比例得到硫含量分别为70%和90%的CNTs@S复合材料,分别标记为CNTs@S-70%和CNTs@S-90%。CNTs球作为硫正极的宿主展现了较好的动力学性能,其丰富的导电网络有利于电子和离子的快速传输,因此提高了单质硫的利用率,赋予了硫正极较好的倍率性能。此外,CNTs球能够满足电池工业设备的生产要求,在锂硫电池的实际应用方面有很大的发展潜力。电化学测试结果显示,在0.1 C倍率下,CNTs@S-70%复合材料与CNTs@S-90%复合材料的首圈比容量分别为 1109.8 mAh/g 和 926.9 mAh/g。当循环至 150 圈的时候,CNTs@S-70%复合材料与CNTs@S-90%复合材料的比容量分别为400.9 mAh/g和305.8 mAh/g。分析结果表明,当硫含量增加至90%时,CNTs@S复合电极仍然保持较好的循环性能和倍率性能。(2)为了进一步优化CNTs@S复合电极的电化学性能,采用液相吸附法在CNTs@S-90%复合材料表面均匀包覆了一层氧化石墨烯保护层,得到了“馄饨”结构的GO/CNTs@S复合材料。碳纳米管球和GO包覆层协同作用使得GO/CNTs@S复合材料拥有较好的电化学性能,GO包覆层能够有效阻止多硫化物的扩散,提高活性物质的利用率,减缓容量衰减。电化学测试结果表明,在0.1 C倍率下,30%GO/CNTs@S和CNTs@S-90%复合电极的首次放电比容量分别为1020.70 mAh/g和926.9 mAh/g,前100圈的循环保持率分别为42.92%和37.46%。结果分析表明,30%GO包覆后的复合材料电化学性能有一定程度的提高。