随着国家对新能源汽车重视程度的日益加剧,大力发展高效的电池储能系统已经刻不容缓。传统的插入型锂离子电池的正极材料比容量已达到极限,发展空间不足。相比较,新型锂硫电池具有更高的理论能量密度(2600Whkg^-1),加之硫正极材料资源丰富,价格低廉,是最有应用发展前景的能量存储系统之一。然而,要真正实现锂硫电池的商业化应用,还需要解决硫正极导电性能差、氧化还原过程中体积膨胀、多硫化物溶解于电解液以及穿梭效应等问题,以改善电池循环稳定性,库伦效率等电化学性能参数。一般地,将活性硫与导电碳材料、金属化合物（氧化物,硫化物,氮化物等）、导电聚合物等基底材料进行复合,以解决上述难题。但是,单一的电极材料往往因某些性能缺陷而不能满足电极的性能要求。为此,科研工作者致力于将不同的电极材料进行复合,通过不同材料之间的协同作用/优势互补来提高锂硫电池的整体性能。本论文针对锂硫电池存在的问题,设计独特的功能化层级纳米复合材料用于负载活性硫。对所得电极进行物理/结构表征和电化学分析,并深入了解各组分之间的相互配合作用。主要研究内容如下:1.结合单质S和Se各自的物化性能优势,设计有效的电池改良方案。采用简单的球磨法和熔融扩散法依次将Se和S注入碳黑（CB）矩阵中得到S/Se@CB前驱体。然后,将薄片状的碱式硝酸镍（NNH,厚度为7 nm）包覆在复合S/Se@CB颗粒表面,得到层级核壳结构的S/Se@CB（?）NNH复合物。高导电性的单质Se不仅有利于提升活性物质的利用率,而且能够参与可逆电化学氧化还原反应,贡献出额外的比容量。同时,外层的NNH保护层在充放电过程中能够使电极材料结构保持完整,并在一定程度上缓解多硫化物/多硒化物溶解于电解液中。将该复合材料用于锂硫电池正极时,其可逆比容量较高,循环性能和倍率性能优异:在0.2 A g^-1的电流密度下,正极可以输出～913 mAh g^-1的比容量;即便在高电流密度5 A g^-1的条件下,仍可实现比容量488 mAh g^-1;经过500次循环后,仍能保留比容量753mAh g^-1。2.采用改进的沉淀法预先合成紫色的金属有机骨架-67（ZIF-67）化合物纳米粒子,再用传统的静电纺丝技术合成ZIF-67@PAN纳米纤维。接着,通过液相硫化反应（硫源:硫代乙酰胺,TAA）和高温热处理过程,将ZIF-67@PAN前驱体转化为三维的空心Co₉S₈@CNFs复合物。最后,采用熔融扩散法将S注入到高度膨化的Co₉S₈@CNFs内腔中,得到S（?）Co₉S₈@CNFs正极材料。具有中空结构的Co₉S₈有利于存储S活性物,并承受其充放电过程中引起的体积膨胀。此外,极性Co₉S₈的“纳米反应器”能够通过化学吸附作用有效缓解多硫化物的扩散和溶解,提高多硫化物的转换反应动力学。纤维状电极结构有利于电子的长程传输,保证电极能够进行快速的充放电过程。当S（?）Co₉S₈@CNFs复合材料用于锂硫电池正极时,在0.1A g^-1时具有1080 mAh g^-1的高比容量;即便在500次循环后,仍能获得比容量891mAh g^-1,每圈的容量损失率仅为0.03%。