随着绿色环保新能源技术的飞速发展，对于能量储存效率高且具有稳定输出性能的储能电池提出了更高的要求。在众多储能器件中，锂离子电池虽然具有电压稳定、自放电小、寿命长和无记忆效应等优点，但是由于正、负极材料比容量的限制，已无法满足实际需求。与锂离子电池相比，正极和负极材料分别为单质硫和金属锂的锂硫电池，其理论能量密度可达2600 Wh/kg，约为目前商业化电池的5倍。单质硫不仅理论比容量高，而且储量丰富，环境友好，成本低。因此，锂硫电池是大力发展绿色可再生能源，清洁交通工具的重要候选能源存储器件。
对于锂硫电池而言，电化学反应发生在单质硫和金属锂之间，单质硫的绝缘性以及其反应中间产物易溶解于电解液的特性使得单质硫必须和导电基体复合才能够作为正极。因此，锂硫电池正极载体材料特殊结构设计的研究一直是锂硫电池研究的重点和难点。
日前，长春工业大学段连峰教授与吕威教授团队利用等离子体技术物理还原三维结构石墨烯，并对其进行原位氮掺杂改性，制备高品质氮掺杂三维结构石墨烯（图1所示）。所制备的材料作为锂硫电池正极载体材料载硫量超过90%并具有优异的电化学性能，在0.1 C电流密度下首次充放电比容量1186 mAh/g库伦效率接近96%，在1C电流密度下经过1000次循环后，比容量接近600 mAh/g。
图1等离子体技术物理还原3D 结构的还原氧化石墨烯机理
该成果首次提出并成功利用等离子体技术物理还原、掺杂制备具有三维结构锂硫电池石墨烯/硫复合正极材料，同时通过复合材料单体间界面调节有效弥补石墨烯基复合电极电催化活性和导电性之间矛盾造成锂硫电池充放电过程中电极氧化还原反应不彻底及电子传输速率低的性能缺陷，并揭示其充放电反应机理。该成果发表在In-situ Nitrogen-doped 3D Graphene Framework by Plasma Treatment as Conductive Matrix with Sulfur for High-Performance Li-S Batteries, SMALL, 2019, 1804347-1804355。
