实现具有优异电化学性能的电极材料的低成本规模化生产，是锂二次电池能够商业化应用的基础与前提。本研究团队自2013年开始，利用原位聚合法、水热法、熔融法等，成功开发出高性能复合材料的制备技术。开发了聚吡咯包覆硫、玉米秸秆碳复合硫、氧化石墨-碳纳米管-硫、石墨烯-二氧化锰-硫、氮掺杂石墨烯-氧化锌、石墨烯-锰酸钠等多种复合材料，同时对锂二次电池的电化学反应机理、容量衰减机理等进行了基础研究。

玉米秸秆碳复合硫：以玉米秸秆为原料，采用碱液辅助碳化法制备微/介孔碳材料（SSC），并采用熔融法使硫均匀渗透到玉米秸秆碳的微/介孔中制备出玉米秸秆碳/硫复合材料（S/SSC）。相互交织的SSC纳米片可以提高硫正极在三维方向上的导电性，SSC中的微/介孔可以有效吸附、阻碍多硫化物在充放电过程中的溶解和穿梭。这种复合材料用作锂硫电池正极时，展现了优异的电化学循环性能。在电流密度为0.2 C时，S/SSC的首次可逆放电比容量为965 mAh/g；在电流密度增大到3.2 C时，S/SSC的可逆放电比容量可以维持在418 mAh/g；0.2 C循环100周后，可逆放电容量为743 mAh/g，相对于单一的硫正极容量提升了136.2%。

氧化石墨-碳纳米管-硫三元复合材料：采用超声辅助热熔法成功制备了氧化石墨-碳纳米管-硫三元复合材料（S/GO/MWNT），制备过程简单。S/GO/MWNT复合材料中，碳纳米管的相互交联可以提高硫正极在三维方向上的导电性，氧化石墨中含氧官能团的存在可以有效化学吸附多硫化物，从而阻碍其溶解和穿梭，提高硫正极的电化学稳定性。S/GO/MWNT电极在0.1 C循环100周后，可逆放电容量为773 mAh/g，相对于单一的硫正极容量提升了157.3%。

氮掺杂石墨烯-氧化锌复合材料：采用原位聚合法成功制备出氮掺杂石墨烯-氧化锌复合材料。氮掺杂石墨烯对纳米氧化锌粒子的包覆增强了材料的导电性，同时阻碍了氧化锌在充放电过程中的体积膨胀。在0.1 A/g电流密度下充放电200循环，氮掺杂石墨烯-氧化锌的放电容量达870 mAh/g。深入探讨了氮掺杂对提高材料电化学性能的影响。

石墨烯-锰酸钠复合材料：采用水热自还原方法成功制备了石墨烯-锰酸钠复合材料。首次将石墨烯-锰酸钠复合材料应用于水系钠离子电池体系中，在0.1 A/g电流密度下，石墨烯-锰酸钠的放电容量达89 mAh/g。开创了石墨烯在新型水系钠离子电池体系中的应用。

本成果利用原位合成技术、熔融技术使纳米粒子镶嵌到碳材料的微/介孔孔道中，技术工艺简单、对设备要求低和酸耗、能耗低等特点，适合于电极复合材料的批量制备。研究获得省自然科学基础研究计划项目（2013JM2009）、省教育厅科研计划项目（16JK1018）、安康市科技局项目（2018AK01-12）、安康学院科研计划项目（2016AYQDZR05）等资助。申请国家发明专利1项。在Electrochimica Acta 、Journal of Energy Chemistry等期刊发表SCI论文8篇，获安康市自然科学优秀论文奖2项。

若电极材料的比容量大于1000 mAh/g和循环使用次数500次，就具有商业使用价值。而本项目所开发出的材料在比容量上已超过该水平，在循环性能上也已接近该水平。可以预见这些材料在不远的将来将具有极强的应用价值和经济、社会效益。