随着人类对于移动储能的要求提高,目前的锂离子电池储能体系很难满足其需求。因此,高能量密度储能设备成为了近年的研究热点。其中,锂硫电池具有高比容量、高比能量、储量丰富、价格低廉、环境友好等优势。尽管具备以上优势,硫作为锂硫电池的正极在实际储能过程中依然面对以下挑战:a)硫的前期充电产物多硫化锂容易溶解于电解液中,造成活性物质的损失;b)硫的充电产物密度较低导致体积膨胀问题;c)硫单质电子导电性差。为解决以上问题,本文对硫正极做了以下改进工作:a)首先以双键富集的聚异戊二烯(PIP)聚合物为基底,利用加成硫化的方法,将单质硫通过共价键固定于聚合物上,得到聚异戊二烯硫(PIPS)共聚物复合材料(90%硫),通过该方法可以确保单质硫的共价固定,从而改善硫在充放电过程中发生穿梭效应;不仅如此,在复合电极的设计中中,选择PIP代替PVDF作为电极的粘结剂,有效改善了硫正极体积膨胀的问题。在PIPS复合正极的研究中,实验探究了共聚物的纳米多晶结构,同时也提高了正极材料本身的热稳定性;基于PIPS复合正极材料和PIP粘结剂,实现了高面容量的稳定循环表现,约7.0mAh/cm2,是目前文献报道的五到十倍,具有商业化的潜力;再通过结合PIPS电极的充放电曲线和引入穿梭系数,分析得出改性后的PIPS复合正极材料的确削弱了多硫化物的扩散和穿梭效应;最后,利用SEM和EDS分析发现,多硫化物在嵌锂/脱锂后更好的分散在PIPS电极周围,与电化学性能分析结论吻合,同时也说明PIPS正极提高了硫的利用率。b)本文采用一种简单且廉价的合成方法,一步法合成新型多元复合硫正极材料MPS(Mn02/PPy/S),复合的正极一方面改善了多硫化物的穿梭效应,另一方面,因为导电聚合物聚吡咯的掺杂,复合正极材料的导电性得到了提高。本文先是通过扫描电镜展示了正极材料MPS的形貌结构特征,探究了不同比例的吡咯添加对MPS形貌的影响,再结合TEM、EDS、XPS等表征手段从理论上证明MnO2和Ppy的成功包覆,另外,本文通过与硫碳材料的对比,发现改性后的MPS复合正极材料表现出更好的电化学性能,首圈放电容量达到了 1079 mAh/g,100圈内的充放电循环中容量衰减在70.7%,在200圈内的平均库伦效率为97.38%。除了良好的循环性能,高载量的MPS材料依然表现出很好的电化学性能,当硫载量在4.9 mg/cm2时,电极面密度达到了商用标准,首圈容量在1002 mAh/g,且电极的放电比容量在后续的循环中稳定在650mAh/g。可以看到,随着MnO2和Ppy的加入,电极可以在高硫载量下维持良好的电化学性能,具备较好的应用前景。