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以活性物质硫为正极,金属锂为负极的锂硫电池(Li-S),具有超高的理论比容量和理论能量密度,是锂离子电池的3～5倍,被认为是新一代电化学储能系统中最有希望的候选者。然而,锂硫电池的实际应用却因为硫利用率低、倍率性能差和循环寿命短等一系列问题使其应用受到阻碍。针对这些问题,本论文提出了过渡金属基化合物的合成并用于锂硫电池正极的解决方案。具体来说,本实验设计并制备了“Fe、N共掺杂的多孔碳材料”和“三元中空硫化物”这两种载硫材料,研究了它们在锂硫电池中吸附和催化多硫化物的协同作用。以下为本论文的主要研究内容:(1)通过ZIF-8为模板在高温碳化后得到高比表面积、铁高度分散的Fe、N共掺杂的微孔碳材料并与硫复合,得到S@Fe-N-C复合正极材料。该研究表明,具有高比表面积和极性位点的Fe-N-C碳材料具有优异的多硫化锂吸附能力,有利于缓解多硫化物的“穿梭效应”,缓冲充放电过程中由于物质密度变化而导致的体积膨胀。S@Fe-N-C复合正极材料表现出优异的电化学性能。在0.1 C和1 C充放电倍率下,初始放电比容量分别达到1178和631 mAh g-1,且在1 C的高倍率下深度充放电500圈之后,还保持近100%的库伦效应,而容量只衰减到450 mAh g-1,平均每圈的循环衰减率仅为0.068%。(2)以四方相Ni-Co醋酸盐氢氧化物作为前体合成了三元空心纳米棱柱NiCo2S4,与硫复合得到83.4%的高载硫量S@NiCo2S4复合材料。结果发现,S@NiCo2S4复合正极材料具有高的充放电比容量和好的循环稳定性,而且在高硫面负载下依旧具有优异的电化学性能。在0.1 C、0.2 C、0.5C、1C和2C的倍率下,S@NiCo2S4电极的可逆放电容量分别达到了 1140、882、765、710、和512 mAh g-1;在1C的高充放电倍率下,即使在500圈深度充放电循环后,其容量依旧保持410 mAh g-1,容量保持率为62.5%,每圈循环容量衰减率为0.094%,另外,在500圈深度充放电循环后,电池的库伦效率依旧保持近100%;另一方面,当S@NiCo2S4电极硫的面负载分别高达2.1和4.3 mgsulfur cm-2时,在0.2 C的倍率下,初始放电容量可分别达到了 859和587 mAh g-1,而且在经过200圈的深度充放电循环后,比容量仍然分别保持了 695和492 mAh g-1,容量保持率分别为 80.9%和 83.8%。