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随着社会的不断发展,锂离子电池技术已经越来越难满足人们对高能量密度的需求,所以开发新型的电池系统有着重大的实际意义。锂硫电池因其高的放电比容量(1675 mA h g-1)以及较低的成本,受到了研究人员的青睐。但是锂硫电池存在严重的穿梭效应,穿梭效应会造成锂硫电池的容量衰减迅速,降低硫正极的利用率,严重影响了锂硫电池的商业化进程。解决穿梭效应最有效的方法之一就是添加极性催化材料来吸附并促进多硫化物的转化,碳材料具有良好的导电性,但是极性比较差,而金属氧化物、氮化物等具有非常好的极性,但是导电性差,所以碳材料与金属氧化物、氮化物进行结合是一个很好的策略。本文通过简便的合成过程制备了两种低金属负载量的铁基复合材料,具体研究内容如下:(1)通过热处理酞箐铁/氧化碳纳米管(FePc/CNTO)前驱体制备出了低金属负载量的Fe3O4@C/CNTO复合材料,并将其应用到锂硫电池隔膜改性的研究中。测试结果表明,Fe3O4@C/CNTO复合材料中的Fe3O4作为活性位点不仅能够快速高效的吸附多硫化物,还能在充放电过程中促进多硫化物的转化,有效抑制了穿梭效应对电池容量的影响。而复合材料中碳层结构能够起到稳定Fe3O4结构以及实现电子更快转移的作用,促进Li2S2/Li2S的生成。所制备的Fe3O4@C/CNTO复合材料改性隔膜的电池在0.2 C和2 C的倍率下分别可实现1215 mA h g-1和848 mA h g-1的高放电比容量,在2 C的高倍率下循环1000圈平均每圈的衰减速率低至0.059%,表现出优异的长循环稳定性。(2)通过元素掺杂的方式制备了铁-氮化碳(Fe-C3N4)复合材料。测试表明,铁元素掺杂到氮化碳中会降低氮化碳材料的结晶性,同时影响到氮化碳的形貌,使其表面产生大量的孔结构。通过循环伏安测试和电化学阻抗测试可知,铁元素掺杂到氮化碳材料中能够提高硫正极在氧化还原反应中的动力学,提高硫正极的利用率。电池的充放电测试表明5%Fe-C3N4改性正极的电池在0.2 C和2 C倍率下可分别达到1258 mAh g-1和878 mA h g-1的高放电比容量,并且在0.5 C的倍率下循环100圈后放电比容量可达821.3 mA h g-1。