锂硫电池(Li-S)是以单质硫为正极活性物质,金属锂为负极的新型二次电池,具有较高的理论比容量(1675 mAh·kg-1)和能量密度(2600 mAh·kg-1)。硫作为地球上含量极为丰富的元素具有低成本和环境友好的特点。但是,由于硫在放电过程中被逐步还原并且会伴随着多硫化锂(Li2Sx)的产生,而多硫化锂易溶解于电解液中并穿梭到负极,导致低的库伦效率以及容量的快速衰减;单质硫不良的导电性使得锂硫电池在大电流充放电时的循环性能不佳,硫的利用率较低;单质硫向多硫化锂的转变还伴随着较大的体积膨胀,使得正极结构被破坏,电池的使用寿命减少。为了解决这些问题,人们采取了 一些有效的策略来提升锂硫电池的综合性能,其中包括使用Li2S作为活性物质来规避体积膨胀、开发可抑制多硫化锂溶解的新型电解液以及新型结构电极材料的制备等。本文采用乳液法和模板法相结合的方式制备了中空微米碳簇,并探究了均化转速、表面活性剂用量等条件对团簇粒径尺寸和球形度的影响。结果表明,当油水比为6:1,表面活性剂用量为4.2 wt%时,得到的团簇结构粒径较为均匀,球形度较高。这种微纳碳簇结构具有良好的导电网络、稳定的结构和充足的内部空间,相对于单个的纳米碳球而言,微米碳簇暴露在电解液中的比表面积相对减少,使得多硫化锂溶于电解液的速率减缓。为了使硫在中空碳簇中的分布更加均匀,增加活性物质的利用率,本文还探究了不同负载方法对硫的分布以及锂硫电池性能的影响,其中采用蒸汽扩散法制备的碳硫复合物具有较好的形貌与性能。为了改善碳簇对多硫化物的极性吸附能力,木文采用了掺铝氧化锌(AZO)作为修饰材料。作为一种导电氧化物,AZO既可以提升材料的导电性,又能对多硫化锂进行极性吸附,减少活性物质在循环过程中的损失。通过吸附测试以及XPS、红外和拉曼光谱分析,我们最终确认了AZO与多硫化锂间存在Zn-S和A1-S的极性键。本文结合微米级碳簇和导电氧化物的优点,最终制备了一种桑葚状的C@AZO中空微米团簇,负载硫后得到C@AZO/S复合电极材料。该电极的硫负载量为2.2 mg·cm-2,组装成锂硫电池后在0.5 C(1 C=1675 mg· cm2)的电流密度下的首次放电比容量达到974.2 mAh·g-1,在300圈内的容量衰减率为平均每圈0.12%。在2C的电流密度下,经300次循环后比容量为468.6 mAh·g-1,容量保持率为84%。