锂硫电池的能量密度是传统锂离子电池的5倍以上,其理论比容量和比能量分别达到了1675 mAhg-1和2600 Wh kg-1,并且成本较低,对环境友好,因此锂硫电池被视为有希望成.为下一代锂离子电池。然而,锂硫电池存在正极材料导电性不足、多硫化物的穿梭效应、充放电过程中电极的体积膨胀、锂枝晶的生长等问题,导致目前锂硫电池的循环稳定性较差、安全指数较低。硫化锂正极材料可以与非锂负极配对,从而解决了锂枝晶生长的问题,而且不会造成电极体积膨胀,但仍存在电极导电性差和多硫化物穿梭效应的问题。针对上述问题,研究人员对硫化锂正极材料做了许多改进,但还存在电极制备工艺复杂、活性物质含量和单位面积硫化锂载量过低等不足。因此,本文从电极的结构出发,使用低成本的原料,以一种简单便捷的方式构筑了Li2S@多孔碳@碳纳米纤维气凝胶(Li2S@PC@CNF)自支撑电极,具体研究如下:(1)以低成本的细菌纤维素、硫酸锂、葡萄糖为原料,通过高温原位反应构筑了类似钢筋混凝土结构的Li2S@PC@CNF自支撑电极。细菌纤维素衍生的碳纳米纤维气凝胶(CNF)不仅作为电极的支持骨架,还构建了一个三维导电网络。葡萄糖衍生的多孔碳(PC)镶嵌有Li2S颗粒,牢固地连接在CNF上,促进了电解液和活性物质之间电荷的转移。PC和CNF协同作用,减弱了穿梭效应,为活性物质负载提供了空间。在高达3.82 mg cm-2的硫化锂负载量下,Li2S@PC@CNF电极在0.2 C的电流密度下具有612 mAh g-1的初始放电比容量,循环700次后仍具有386 mAh g-1的放电比容量,每次循环的容量衰减率约为0.05%。除了前2次循环外,Li2S@PC@CNF电极在300次循环内的库伦效率能保持在99%左右。(2)以细菌纤维素为原料,通过冷冻干燥、高温碳化制备得到碳纳米纤维气凝胶(CNF)隔层,并在Li2S@PC@CNF电极的基础上添加CNF隔层,组合成Li2S@PC@CNF/CNF电极,进一步提高电极的电化学性能。CNF隔层具备三维多孔的网状结构,CNF隔层的添加,进一步提高了电极的导电性,提供了更大的反应空间,更有效地限制多硫化锂,同时不会减小单位面积硫化锂载量。在0.2 C的电流密度下,Li2S@PC@CNF/CNF电极的初始放电比容量为700 mAh g-1,循环700次后放电比容量为431 mAh g-1,每次循环的容量衰减率约为0.05%,除首次循环外库伦效率均接近100%。倍率性能测试中,在0.2 C、0.5 C、1 C、2C的电流密度下,Li2S@PC@CNF/CNF电极的平均放电比容量分别为 695 mAh g-1、626 mAh g-1、555 mAh g-1 和 463 mAhg-1。