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随着便携电子设备和电动汽车的发展,传统锂离子电池很难满足其高能量密度和长循环性能的要求。锂硫电池因其具有很高的理论容量(1675m Ah/g)和能量密度(2600Wg/kg)、成本低、无毒、环境友好等优势成为最有希望的储能系统。但锂硫电池自身的缺点,如导电性能差、体积效应、穿梭效应等严重影响了锂硫电池的循环性能。因此,改善锂硫电池的循环性能对于锂硫电池的实际应用具有重要意义。本文通过对锂硫电池电解液、正极材料及隔膜进行改性,显著提升了锂硫电池的循环性能,并分析了相应的优化机理。具体研究内容如下:在传统商用锂硫电池电解液中加入氟代醚添加剂1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE),在2%的添加量下锂硫电池的电化学性能有了显著的提高。首次放电比容量由1238m Ah/g提升至1337m Ah/g,循环300圈后电池容量保持率由25.4%提升至57.7%。这种电解液添加剂可以促进硫/碳电极表面生成优质的钝化层,有效地抑制多硫化物的溶解,同时在锂负极表面可以形成一层紧密、光滑、均匀的保护层,可以防止部分穿越到锂负极的多硫化物与金属锂的进一步反应。将金属有机骨架材料Zn-HKUST-1加入S-PAN材料中,可以有效提升电池的循环稳定性,电池100圈的容量保持率由63.4%提升至77.3%。S-PAN电极容量衰退的主要原因是活性物质在充放电过程中的凝聚,导致其与导电剂分离,电极组分不稳定使容量下降。MOF材料的添加可以显著改善这种凝聚现象,保持了电极组分的均匀性,从而改善了电池的循环性能。在充放电循环过程中,MOF材料对多硫化物的吸附作用也一定程度上抑制了锂硫电池的穿梭效应。通过向传统商用Celgard 2500隔膜上添加MOF材料涂层,优选出最适合的涂层材料——Zn-HKUST-1。添加有Zn-HKUST-1涂层隔膜的电池在比容量和循环稳定性上都有了明显的改善。初始放电比容量从928.3m Ah/g提升至1092m Ah/g,200圈容量保持率由19.8%提升至32%。这种MOF涂层可以有效地抑制多硫化物的穿梭,将溶解于电解液中的多硫化物限制在硫电极一侧,避免其穿梭至金属锂负极对锂表面进行腐蚀,从而提升了锂硫电池的循环性能。