锂离子电池因具有高比容量、安全性好、循环性好、使用寿命长等优异性能而广泛应用于电网、航空、数码设备等民用和军事领域。近年来,锂离子电池因材料限制表现出的低比容量和差循环性能逐渐无法满足人们的需求。硫的储量丰富,以硫为阴极材料锂为阳极的锂硫电池,具有低成本、安全、高理论比容量(1675 m A h/g)和高理论比能量(2600 Wh/Kg)等优点,应用价值大。然而,硫对电子和离子绝缘、充放电时会发生体积膨胀且电极反应生成的多硫化物会引起穿梭效应,这些缺点都阻碍了锂硫电池的商业化应用。因此,研究硫阴极材料具有重要的理论和现实意义。本论文研究了硫阴极材料的设计、制备、物理性质及电化学性能,探索了其反应机理,具体从以下几个方面进行了研究:采用溶液法制备了纳米单质硫,研究了制备的纳米单质硫按不同比例作为锂硫电池阴极活性物质的电化学性能和反应机理。结果表明硫含量为60 wt%时,以0.1 C电流密度测得首周放电比容量达612 m A h/g,循环30周后放电比容量稳定在520 m A h/g;硫含量为70 wt%时,其首周放电比容量为590 m A h/g,循环30周后放电比容量稳定在510 m A h/g。显示了硫纳米化后提高了硫作为锂硫电池阴极材料的电化学性能。在不同聚乙烯吡咯烷酮(PVP)浓度下合成了具有核壳结构的PANI@S球形材料,发现PVP浓度为3 wt%时PANI@S复合材料的形貌最好。研究了3 wt%PVP浓度下合成的PANI@S复合材料的电化学性能。结果表明在0.1 C电流密度时,PANI@S复合材料首周放电比容量可达680 m A h/g,循环60周后放电比容量稳定在约620 m A h/g。这主要可能是由于聚苯胺作为硫的载体,提高了硫的导电性能,缓冲了硫反应时的体积膨胀,从而提升了电化学性能。探索了以稻谷壳为碳源制备和表征生物质多孔碳@S复合材料。研究了制备的生物质多孔碳@S复合材料的电化学性能。结果表明当硫含量为78.38 wt%,在0.1 C电流密度下电池的首周放电比容量达680 m A h/g,循环20周后放电比容量稳定在500 m A h/g,说明复合材料中含有的N、P等杂原子和其多孔的层状结构能提升电池电化学性能和循环性能,这一点在生物质多孔碳@硫复合材料的阻抗实验得到了进一步证明。