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锂硫电池作为新一代的二次电池,具有能量密度大(2600 Wh/kg),比容量高(1675 mAh/g),且碱具有价格低廉,储存量大,环境友好等优点。然而,锂硫电池技术上面临许多挑战,包括自身的绝缘性,多硫离子的穿棱效应和硫的利用率低等何题,从而限制了其在储能工业体系中的大量应用。石墨烯气凝胶具有优异的电子传导率,比表面积大和孔隙多等优点。高度相连的石黑烯片层形成连续的网络结构为电子传输提供更多路径,并且可以有效地并入活性物质硫从而确保高的含硫量;三维多孔网络结构可以充当包覆屋以此来限制充放电过程中多硫锂离子的穿梭效应和缓冲体积膨胀等问题,并且不需要额外的粘结剂可独立用作柔性电极。本论文以合成高放电比容量以及优异循环性能的硫/碳复合正极材料为目的,在石墨烯气凝胶基体的制备和结构优化及改性方面开展系列研究,主要研究内容如下:(1)采用不同尺寸石墨为碳源,通过改进Hummers法制备性能稳定氧化石墨烯溶液(GO),再通过水热还原自组装法得到三维交联结构石墨烯气凝胶(3DGA),其中鳞片石墨800目片层小易被氧化剂充分浸润,水热自组装过程中容易调整自身取向,形成的石墨烯气凝胶呈三维空间片屋互相交联的网络结构,且比表面积大;而膨胀石墨80目片层大难以被氧化剂完全浸润,且水热自组装过程中调整自身回转取向困难,形成的石墨烯气凝胶部分片屋结构严重堆叠。电化学性能测试结果表明。3DGA1/S 复合正极材料在室温0.1C倍率下首次放电比容量为952mAh/g,循环100次后的可逆比容量保持在292mAh/g,EIS和库伦效率结果表明3DGA1/S复合材料电极阻抗最小循环效率最高。(2)石墨烯气凝胶在冷冻干噪过程中片层结构易破坏和电池循环过程中导电相结构易坍塌,采用氨氛围条件对石墨烯气凝胶结构强化改善其柔韧性。强化的3D石墨烯气凝胶材料(S3DGA)保持三维空间高度开放立体网络结构,片屋之间以共价键相连,并且拥有较大的比表面积和较多孔洞间隙,结果表明25℃下强化36h效果最佳;3D石墨烯气凝胶/硫(S3DGA/S)复合材料片层上均匀分散着疏颗粒。电化学性能测试结果表明,强化后S3DGA/S-36h复合材料在室温0.1 C 倍率下的首次放电比容量为1340.9mAh/g,经过100次循环后可逆比容量保持在317.9 mAh/g;1C倍率下的可逆比容量为138.1 mAh/g迅速可以恢复到0.1C下的590.5 mAh/g,表现出了在大倍率循环下优异的可逆性能。(3)采用柔性聚吡咯与石墨烯气凝胶导电骨架协同作用制备氮掺杂3D石墨烯气凝胶改性正极复合材料(3DGA/S/PPy),通过杂原子掺杂来改变石墨烯气凝胶的电化学活性和吸附性,提高了导电基体与活性硫之间的亲和性,从而减少活性物质流失,提高电池循环寿命。当GO与吡咯单体质量为1:10时可以达到最佳掺杂量,有效氮含量为7.08%,并且以吡咯氮的形式存在,此条件下的覆硫量达到66%。倍率性能测试表明,3DGA/S/PPy2复合材料在1C高倍率下循环,可逆比容量保持在197.4 mAh/g,当倍率为0.1 C时快速回到628.6 mAh/g,反应过程中能快速进行电子得失,表明该材料有良好的可逆性能;CV结果表明经过多次循环后氧化还原反应更加彻底,从而减少活性物质硫的损失。