便携式电子产品的快速发展带动了全球对能源存储系统升级的需求。与其他储能器件相比,锂硫电池理论容量高并且超高能量密度大,因此被认为是最有前途的可充电电池之一。限制锂硫电池大规模应用的障碍主要包括以下几个方面:（1）单质硫、Li₂S₂和Li₂S的导电性差;（2）正极和负极在反应中体积变化大;（3）负极和正极之间的多硫化锂的“飞梭效应”。因此寻找和设计具有优异电化学性能的锂硫电池电极材料至关重要。为解决以上问题,本文合成了杂原子（氮和硫）掺杂碳基质材料与过渡金属氧化物（四氧化三钴）材料,并将它们作为锂硫电池的正极材料,研究内容如下:1.杂原子掺杂碳材料的合成及其在锂硫电池正极中的应用:首先以尿素和柠檬酸为原材料,通过简单的溶胶-凝胶法制备反应前驱体,随后将前驱体在管式炉中进行950℃的煅烧,在氩气气氛下得到氮掺杂碳材料,在氩气和硫化氢混合气体气氛下得到氮硫双掺碳材料。将氮硫双掺碳材料作为锂硫电池正极中的硫宿主材料和中间层材料,当载硫量为80%时,该材料不但表现出高的放电比容量,而且具有良好的循环稳定性,具体结果为:在0.2 C的电流密度下,表现出高达1371.7 mAh g^-1的首圈放电比容量;在电流密度为2 C和5 C时,电极分别得到了975.4 mAh g^-1和594 mAh g^-1的首圈放电比容量,经过500次的循环之后,依然保持647.1 mAh g^-1和393.6 mAh g^-1的高放电比容量。优异的电化学性能归功于氮硫双掺碳材料具有高的缺陷程度、大的比表面积和大的孔体积,可以增强多硫化锂的化学吸附和缓解体积膨胀。2.四氧化三钴纳米管的合成及其电化学性能研究:首先以四水合乙酸钴（Co（OAc）₂·4H₂O）为原料,在体积比为1:2的水和乙醇混合溶剂中陈化72 h得到前驱体,随后将前驱体进行煅烧,得到四氧化三钴（Co₃O₄）空心纳米管。当Co₃O₄作为锂硫电池正极的硫宿主材料时,其在0.2 C的电流密度下获得了1049.3 mAh g^-1的初始放电比容量,154 mV的低过电位,我们推测Co₃O₄纳米管的高比表面积和大孔体积的中空管结构可提供足够的空间,能有效地装载硫,以提高活性物质的利用率,最终提升锂硫电池的电化学性能。同时将Co₃O₄纳米管应用到锂离子电池,并作为负极材料,在100mA g^-1时,经过50圈循环后,该材料仍能保持1081.5 mAh g^-1的高比容量。Co₃O₄纳米空心管电极表现出的卓越电化学性能可以归结于:独特的空心管结构不仅提供更多的空间来缓解锂离子（Li⁺）嵌入-脱出过程引起的体积巨大变化,而且缩短了Li⁺的扩散距离,使其在电池中具有更快的反应动力学和获得更高的比容量。