随着可携带电子设备和电动交通工具等领域的迅猛发展,传统锂离子电池已不足以满足当前人们的需求,新一代二次电池的开发迫在眉睫。锂硫电池凭借其高能量密度(2500whkg-1)和高理论比容量(1675mAh g-1)成为近来研究的热点,其还具有成本低和对环境友好的优点。但硫的绝缘性质,放电过程中体积膨胀和溶解在电解质中的多硫化物造成的穿梭效应等问题制约了它的发展。针对锂硫电池的上述问题,本论文分别从隔膜和正极的角度出发,设计了石墨烯负载磷掺杂的氮化硼(BN-P@GO)夹层和介孔碳纳米片负载钴镍双金属颗粒(CoNi@MPC)免集流体正极,主要内容如下:(1)通过简单的真空干燥和高温烧结制备了高导电少层数石墨烯负载的磷掺杂氮化硼,将其涂覆于商业隔膜作为锂硫电池复合隔膜,与商业碳负载硫的正极匹配进行测试。装有BN-P@GO隔膜的锂硫电池初始放电容量可高达1045.3 mAh g--,在1 C电流密度下经过500次循环后可逆容量保持在728.7 mAh g-1,平均每圈容量衰减率仅为0.061%。即使3 C倍率下其容量仍然可以达到457.9 mAh g--。优异的电化学性能是来源于BN-P@GO夹层对于溶解在电解液中的多硫化物具有物理屏障和化学吸附的协同效应。此外,夹层还有助于缓解电池极化,加速氧化还原反应。(2)通过水热合成和高温烧结制备了介孔碳纳米片负载钴镍双金属颗粒,载硫后涂敷于商业隔膜作为免集流体的锂硫电池正极。电池测试表明CoNi双金属颗粒可以促进锂硫电池的动力学反应,提高硫的利用率。材料较大的表面积有利于硫的分布,介孔结构缓冲了硫在放电过程中的体积膨胀。得益于上述优点,电池在0.5 C循环400次后,容量仍然可以维持在592.6 mAh g-1,容量衰减率仅为0.08%。此外,免去铝箔作为集流体的设计,客观上降低了电极质量,增加了电池整体的能量密度。