【摘 要】
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低碳、环保、储量丰富的可再生能源的开发利用,能缓解传统能源衰竭和环境污染的问题,且推动经济的发展。随着各种移动设备的普及,尤其新能源汽车的快速发展,传统的锂离子电池已经不能满足人们对高能量密度二次电池的需求。因此,发展新型的高比容量的下一代电池体系具有重要意义。锂硫电池（Li-S电池）体系具有极高的能量密度（2600 Wh·kg-1）、硫资源丰富和成本低廉的优点,成为电化学储能体系研究的重要方向,
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低碳、环保、储量丰富的可再生能源的开发利用,能缓解传统能源衰竭和环境污染的问题,且推动经济的发展。随着各种移动设备的普及,尤其新能源汽车的快速发展,传统的锂离子电池已经不能满足人们对高能量密度二次电池的需求。因此,发展新型的高比容量的下一代电池体系具有重要意义。锂硫电池（Li-S电池）体系具有极高的能量密度（2600 Wh·kg-1）、硫资源丰富和成本低廉的优点,成为电化学储能体系研究的重要方向,引起科研工作者的广泛关注。但由于硫的低导电性和反应过程中产生的多硫化物的“穿梭效应”等问题,严重制约了Li-S电池体系的大规模商业应用。本论文针对Li-S电池体系存在的关键问题,从界面调控和限域网络构建角度出发,改进其电化学性能,为高能量密度、优异循环稳定性的锂硫电池设计提供参考。取得的主要结果如下:（1）从隔膜设计的角度出发,使用TiO2/CNT复合材料对隔膜进行改性,利用复合材料对多硫化物的物理阻隔和化学吸附的协同作用,抑制其“穿梭效应”。碳纳米管为电极提供长程导电网络,有效促进吸附多硫离子的氧化还原反应,介孔TiO2纳米颗粒强极性吸附作用和丰富的孔道结构对多硫化物具有良好的限域作用,从而提高了硫的利用率和循环稳定性。（2）从正极防护设计的角度出发,提出直接在硫正极材料表面形成强极性防护层“capping layer”的设计思路。与改性隔膜相比,在降低薄膜面密度的基础上,构建电子/离子快速导通通道,并抑制多硫化物的“穿梭效应”,提高锂硫电池的比容量和循环寿命。该方法可适用于锂硫电池的大规模生产,可为面向商业应用的高性能硫正极设计提供指导。
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