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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

锂硫电池是当今国际新能源材料领域的最新研究热点，有望取代目前常用的锂离子电池，成为下一代理想的二次电池。由于单质硫本身绝缘、充放电过程形成的多硫化物易溶解以及体积膨胀等问题，造成li-s电池利用率低和循环寿命差。而电池整体性能提升的关键在于硫正极材料的改善，对于c/s复合正极材料的研究有利于锂硫电池的进一步发展。在硫正极中添加碳基材料构筑成复合材料，一方面可提高正极材料的导电性能，另一方面多孔或空心球结构的c材料，不仅可以对多硫形成吸附，缓解电池充放电过程中多硫物质的溶解，也可为反应过程中形成的硫化锂提供空间，阻止电池体积膨胀，c/s复合正极材料的研究有利于提升锂硫电池整体性能。

国内外研究现状

锂硫电池由于其能量密度高、环境友好、成本低廉等优点，在下一代储能技术中显示出巨大的潜力^[1]。然而，硫的绝缘性能、中间多硫化物在电解液中的溶解以及转化过程体积膨胀都对li-s电池的广泛应用提出了严峻的挑战^[2]。虽然有一些研究涉及到电解液改性和阳极保护，但最近的大部分努力都是为了寻找碳材料，包括介孔/微孔碳、多孔碳笼/球、碳纳米管和石墨烯，以提高硫的导电性，并限制中间多硫化物溶解。尽管取得了一些显著的进步，但大多数报道的li-s电池在长期或高速率的循环过程中仍面临严重的容量衰退。杂原子掺杂是一种优化碳基体导电性，促进硫及相关产物在碳载体上吸附的方法^[3]。董等人的研究取得了重大突破，他们认为n掺杂碳的表面可以作为“催化剂”基质，增强多硫化物的吸附能力^[4]，促进li ₂s ₆ -li ₂s₈ - s₈的氧化，从而提高硫的利用率和循环能力。然而，实现高掺杂浓度，而不损害改性碳的导电性仍然是一个挑战。最近,一些团队发现导电过渡金属硫化物^[5]和铟锡氧化物^[6]可以加速聚硫氧化还原反应和控制多硫化物体积膨胀。尽管这些电池设计的创新策略提高了电池的电化学性能，但诸如pt或au电催化剂等固硫材料的高成本阻碍了其大规模应用。此外，由于硫的活性，这些报道的载体硫复合材料通常通过简单的物理共混或复杂的程序来实现。在此背景下，如何设计出既具有吸附中间多硫化物阴离子结构，又能加速硫的多电子氧化还原电化学的综合可行性的复合材料仍然是一个挑战。

2. 研究的基本内容

本课题着重于研究在硫正极中添加碳基材料构筑成复合材料对锂硫电池性能提升的规律。在实验室已有基础及文献调研，理解锂硫电池反应机理及存在的问题，通过实验操作合成C基材料并与硫进行复合，优化实验后合成高比表面积的复合材料。熟练掌握电池组装工艺，将复合正极材料组装成锂硫电池并测得循环性能曲线。通过上述步骤完成对C/S复合正极材料对提升锂硫电池性能一般变化规律的掌握，组装成性能优良的锂硫电池，完成课题研究。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：在实验室已有基础上，通过充分的文献调研，实验操作合成高比表面积c/s复合正极材料，并对材料进行表征与吸附性能测试，总结实验规律，不断提升c/s复合材料性能。合成理想的高比表面积c/s复合材料后进一步进行电池组装，并通过实验室测试仪进行循环性能、阻抗、cv、倍率等各项性能测试，组装成循环性能稳定，比容量高的锂硫电池。

进度安排：

2月20号前完成文献调研；

4. 参考文献

1. x.tao, j. wang, c. liu, h. wang, h. yao, g. zheng, et al., balancing surfaceadsorption and diffusion of lithium-polysulfides on nonconductive oxides forlithiumesulfur battery design, nat. commun. 7 (2016) 11203-11211.

2. j.zheng, j. tian, d. wu, m. gu, w. xu, c. wang, et al., lewis acidebaseinteractions between polysulfides and metal organic framework in lithium sulfurbatteries, nano lett. 14 (2014) 2345-2352.

3. l.li, g. zhou, l. yin, n. koratkar, f. li, h. cheng, stabilizing sulfur cathodesusing nitrogen-doped graphene as a chemical immobilizer for li-s batteries, carbon108 (2016) 120-126.

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