随着时代的快速发展,人类对于能源的需要日益增长。但是化石能源正在不断枯竭,而传统的锂离子电池、铅酸电池等的发展已逐渐陷入瓶颈,因而探索新的储能体系至关重要。其中,锂硫电池由于具有高的理论比容量(1675 mAh g-1)和能量密度(2600 Wh kg-1),同时作为正极活性物质的硫具有储量丰富、环境友好等优势,因而成为了最具潜力的下一代储能电池之一。但是,由于硫的绝缘性、低的离子传导率以及多硫化物穿梭效应等问题的存在,使得锂硫电池的实用化进程受到了极大影响。通过阻拦多硫化物向负极的迁移可以有效减少活性物质硫的损失,提升电池的电化学性能,是改善锂硫电池的有效手段之一。在本论文中,我们设计合成了两种功能基MOFs材料,并以此设计制备了高性能的隔层,以期抑制锂硫电池充放电过程中多硫化物的穿梭,提高锂硫电池的电化学性能。具体研究内容如下:(1)以硝酸铈铵和氨基对苯二甲酸为原料,常压法设计合成了带有氨基基团的球状Ce-MOFs材料。对合成的Ce-MOFs进行了组成和结构的表征,并考察了所制备的Ce-MOFs材料对多硫阴离子的吸附作用,以期有效地抑制多硫离子的穿梭效应。将所制备的Ce-MOFs与导电碳(Super-P)复合设计制备了锂硫电池用功能性隔层,通过Ce-MOFs对多硫离子的吸附和催化转化作用,及Super-P的导电性,有效地抑制了多硫离子的穿梭,提高了锂硫电池的电化学性能。研究结果表明,在0.2 C倍率下的首放比容量可以达到1366.3 mAh g-1,且在2 C条件下,电池比容量也可达到653.3 mAh g-1。当体系中正极极片的载硫量提高到3.5mg cm-2时,在300周循环后,电池比容量仍能保持在627.5 mAh g-1,平均每周衰减仅为0.09%。这为改善锂硫电池的性能提供了新材料。(2)在常压常温条件下,利用醋酸镍、4,4-联吡啶以及2-氨基-1,4-苯二磺酸单钠盐快速反应,设计合成了具有氨基和磺酸基双种官能团的功能基Ni-MOFs材料。对材料的结构和性能表征发现,所制备的Ni-MOFs呈现出片层结构,且具有对多硫离子的化学吸附作用,据此阻挡多硫离子向负极侧的扩散。借助Ni-MOFs对多硫离子吸附和Super-P的导电性设计制备了锂硫电池用功能性隔层。碳材料的加入可提高导电性,同时在体系中可作为二周集流体提升了锂硫电池正极活性物质硫的利用率。考察了隔成Ni-MOFs含量对电池性能的影响,揭示了其作用规律。研究结果表明,当Ni-MOFs与Super-P的质量比值为1时,装有Ni-MOFs/Super-P隔层的锂硫电池展现出了优异的循环性能以及倍率性能。在1 C的电流密度下循环300周时,单周的容量衰减仅为0.059%。且循环效率保持在98.5%以上。这为锂硫电池的性能的改善提供了一个新的方法。