锂硫电池能够提供最高的重量能量密度(2500 Wh kg-1)或体积能量密度(2800 Wh L-1),是很有前途的新型电化学储能系统。然而,硫正极的充放电库仑效率低,循环稳定性差,不能满足商业化需求。因此,制备具有高性能的正极材料是锂硫电池研究的一个关键课题。本论文采用中空多孔二氧化硅纳米带、三维二氧化硅气凝胶和三维石墨烯气凝胶为复合载体,通过高温气相渗硫法或室温原位添加升华硫的方法,设计制备了三种硫基复合正极材料。这些硫基复合正极材料均表现出良好的电化学储锂性能。本论文的主要工作如下:(1)以CuO纳米带为模板,通过正硅酸四乙酯(TEOS)的水解缩聚过程及随后的去模板过程,制备出中空多孔Si02纳米带。再通过熔融扩散渗硫法合成了中空多孔二氧化硅纳米带载硫复合材料。中空多孔二氧化硅纳米带既作为硫的载体,又作为充放电过程中多硫化物的高效固定物,因此,该复合材料作为正极材料显示出良好的循环稳定性和极好的充放电库伦效率。实验结果表明,在0.1 C的电流密度下,硫含量为50 wt%的中空多孔二氧化硅纳米带/S复合物的首次放电容量为679 mAh g-1,经过70次充放电循环后,放电容量为534 mAh g-1,平均每次充放电循环的容量损失仅为0.31%,库伦效率接近100%。(2)利用正硅酸四乙酯(TEOS)作为硅源,升华硫作为硫源,通过溶胶-凝胶法,通过正硅酸四乙酯的水解缩聚,原位合成了均匀含有二氧化硅和硫的水凝胶,再经冷冻干燥获得三维二氧化硅气凝胶载硫复合材料(SASH)。该法将升华硫均匀地固定到二氧化硅气凝胶中,避免了传统的高温渗硫过程,具有显著的节能减排特征。三维多孔二氧化硅气凝胶基质兼具物理吸附和化学吸附可溶的多硫化物的双重功能,因此,所合成的复合材料用作锂硫电池的正极材料表现出良好的电化学性能。实验结果表明,在0.1 C的电流密度下,三维二氧化硅气凝胶载硫复合材料的首次放电容量为762 mAh g-1,循环110次后,仍显示出较高的可逆容量(600 mA h g-1),平均每次充放电循环的容量损失仅为0.20%,库伦效率接近100%。(3)以升华硫作为硫源,通过氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(CS)之间的静电吸引以及氢键作用,原位合成了氧化石墨烯载硫水凝胶。后经水合肼还原,冷冻干燥,最终制备出三维石墨烯气凝胶载硫复合材料。三维石墨烯网络兼具硫的载体和导电骨架双重功能,因此,三维石墨烯气凝胶载硫复合材料作为锂硫电池的正极材料表现出优越的循环稳定性和较好的倍率特性。实验结果表明,在0.1 C的电流密度下,三维石墨烯气凝胶载硫复合材料的首圈放电容量为711 mAh g-1,经247次充放电循环后仍具有465 mAh g-1的放电比容量,平均每次充放电循环的容量损失仅为0.14%;而当电流密度升至0.5 C或1C时,仍有420和320 mAh g-1的放电容量。