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随着便携式电子产品和电动汽车的日益普及,人们对储能电池的续航能力和安全性要求越来越高,为了满足日益增长的能源需求,人们迫切地希望能找到一种新的高能量密度的储能电池。锂-硫电池体系因其高的比能量(2600 Wh kg-1)(其比能量是锂离子电池的3～5倍)、成本低廉以及环境相容性好等优点成为近期电池领域的研究热点,然而,锂-硫电池离真正应用前还需解决一些问题,如硫和Li2S/Li2S2差的导电性,电池充放电过程中硫的体积膨胀、穿梭效应等问题,这些都会影响锂-硫电池的电化学性能和循环稳定性。针对上述问题,本文主要从硫/金属化合物电极和硫/碳/金属化合物电极入手,一方面将电化学活性高、形状易调控的NiCo2S4作为活性物质硫的载体,另一方面将NiCo2S4和碳材料复合作为硫基正极材料,希望能解决锂-硫电池所面临的问题,提高锂-硫电池的电化学性能。本文以海胆状和片状的Ni-Co-O作为前驱体,经过水热反应后,制得海胆状NiCo2S4和以NiCo2S4空心纳米管为基本构成单元的片状NiCo2S4,并将两种材料和单质硫复合后用作锂-硫电池的正极材料,探究不同形状的NiCo2S4对锂-硫电池的电化学性能影响。由于NiCo2S4能吸附多硫化物离子,这既抑制了多硫化物离子向电解液中的扩散,又将多硫化物离子富集在正极材料表面,有利于活性物质的再利用,提升电池的整体比容量,所以海胆状NiCo2S4/S和片状NiCo2S4/S的电极表现出优异的电化学性能。而由于片状NiCo2S4材料拥有更丰富的微孔、介孔结构以及空心管状结构,这既能帮助电极吸收更多的电解液,使得活性物质与电解液之间接触更充分,也能保护、固定活性物质和硫化锂等,减少了活性物质的损失,还能缓解充放电过程中硫的体积变化,导致了片状NiCo2S4/S电极表现出比海胆状NiCo2S4/S电极更优异的电化学性能:在4C电流密度下,片状的NiCo2S4/S电极首圈比容量高达673 mAh g-1,库伦效率达到97.00%,130圈后的比容量为526 mAh g-1,平均每圈衰减为0.17%;在5 C电流密度下,首圈比容量高达593 mAh g-1,库伦效率达到96.60%,200圈后的比容量依然保持417 mAh g-1,平均每圈衰减率为0.15%,在高倍率充放电条件下,片状NiCo2S4/S电极展示出优异的电化学性能。此外,在制备Ni-Co-O前驱体的过程中加入高导电性的科琴黑,以经0.5 M硫化钠处理后得到的中空管状NiCo2S4和科琴黑(KB)复合的材料(NiCo2S4&KB(0.5 M))作为锂-硫电池正极材料,并研究其电化学性能。研究结果表明:体系中的科琴黑既改善了NiCo2S4纳米管的分散性,又增加了复合材料的导电性;将该复合材料用作活性硫的载体时,NiCo2S4的空心管状结构能够容纳、保护活性物质,同时也可减缓充放电过程中硫的体积变化,使得电极结构不被破坏。这些原因导致了 NiCo2S4&KB(0.5 M)/S电极表现出优异的电化学性能:在0.2 C电流密度下,NiCo2S4&KB(0.5 M)/S电极初始比容量高达1278 mAh g-1,首圈库伦效率为94.20%,循环100圈后仍保持了 984 mAh g-1的高比容量。相比于其他含有碳材料的金属化合物电极材料,该电极材料表现出优异的充放电性能。