锂硫（Li-S）电池因硫理论比能量高达2500 Wh kg^-1,理论比容量为1675 mAh g^-1,以及低成本和高丰度的优点,作为下一代储能系统而备受关注。然而,由于硫的低导电性和严重的穿梭效应,Li-S电池存在如下挑战:低库仑效率,低循环稳定性,快速衰减的放电比容量,多硫化物的穿梭效应和活性硫材料的低利用率。为了解决这些问题,研究员已经开发设计了各种三维（3D）多孔纳米材料,由于其具有大的比表面积和电化学稳定性而用作硫主体材料,此类材料可以促进Li⁺扩散,缩短电子传输途径,以及充电/放电期间缓解电极材料变化,大比表面积提高硫利用率。此外,导电聚合物在锂硫电池方面也有广泛应用,例如聚吡咯（PPy）与多硫化物具有强烈的相互作用,由于其独特的长链结构和PPy中氮原子中的孤对电子,可以减少多硫化物的溶解。此外,PPy膜不仅具有优异的机械弹性,而且表面粗糙,可以适应体积膨胀,增强活性物质的粘附性,并进一步捕获溶解的多硫化物,提高电池循环稳定性。本文通过设计聚吡咯包裹中空多孔结构与硫的复合正极材料,极大程度改善了锂硫电池存在的问题,研究内容如下:1.通过碱刻蚀法合成中空沸石分子筛微球,并于其空腔内负载单质硫,导电聚合物聚吡咯包裹分子筛微球。空心多孔分子筛（HZS）具有丰富表面积和孔体积,其作为高效纳米硫载体,PPy纳米粒子修饰在HZS表面作为导电网络。核-壳结构HZS/S@PPy具有以下优点:1)多孔HZS球体提供足够的储硫空间,并作为多硫化物的屏障化学吸附层中间体,从而减少硫的损失;2)中空HZS微球可以适应硫的体积膨胀,促进结构稳定性;3)导电PPy颗粒均匀分布在HZS/S表面,以增强HZS/S的导电性,进一步提高结构稳定。2.将合成的ZIF-67作为前驱体,通过水热法将ZIF-67与KMnO₄反应,合成三维中空多孔结构的CoMn₂O₄,利用熏硫法制备CoMn₂O₄/S,在CoMn₂O₄/S复合材料表面进一步包裹聚吡咯导电层增强Li-S电池的循环稳定性和高倍率放电容量,三维中空结构可以容纳吸附硫,提高硫负载量,减少多硫化物在电极间的穿梭溶解,并且导电聚合物增强复合材料导电性,提高电导率,从而电池的循环稳定性和倍率性能都得到很大提升。3.以淀粉和三聚氰胺作为原料,通过糊化和高温热解,成功制备了氮掺杂多孔碳材料,并将碳材料和硫粉按照一定比例混合,利用熏硫法制备硫/氮掺杂多孔碳复合材料。硫与掺氮碳材料复合,氮原子均匀地结合到具有受控化学性质的碳材料中,可以极大地改变块状碳结构的性质,多孔结构可以增加硫负载量,并且减少多硫化物的溶解和转移,从而提高Li-S电池的容量,增强电池的循环稳定性。结果表明,以碳为主体的表面化学改性是改善碳/硫基阴极材料电化学性能的良好方法。