随着传统化石燃料的使用所带来的环境与气候问题越来越严重,发展风能、太阳能等新一代可再生清洁能源的重要性日益凸显。传统的锂离子电池虽然在便携式设备中占据了重要作用,但无法满足新一代储能系统所需的高能量密度等要求。以硫为活性材料,金属锂为负极的锂硫电池,因具有超高的理论比容量(1675 mAh g^-1)与能量密度(2600 Wh kg^-1),被视为最具有潜力的新一代储能系统之一。此外硫还具有来源丰富,价格低廉和对环境无毒等特点。虽然锂硫电池具有很大的优势,但仍然有很多问题阻碍着锂硫电池的进一步发展,如硫和Li₂S本身固有的绝缘性质导致化学反应过程缓慢,充放电产物多硫化物的溶解性导致的“穿梭效应”,以及金属锂负极的使用带来的安全性问题等,其中,导致电池性能不好的原因主要是多硫化物的溶解。为了克服上述问题,人们设计了很多不同种类的材料来作为硫的载体,如碳材料、导电聚合物、金属氧化物/硫化物、金属有机框架等。这些载体材料不仅能够提供很多的离子/电子传输通道,增强电极的导电性,提升硫的利用率,还可以对多硫化物进行物理/化学吸附,有效缓解多硫化物的“穿梭效应”,从而提升电池的库伦效率、循环稳定性以及倍率性能。其中,碳材料因为具有优异的导电性,良好的机械延展性、丰富的孔结构以及比表面积可调等特点被作为硫载体材料进行了广泛研究。作为典型的纳米结构材料,活性碳材料在锂硫电池中展现了极大的应用前景。除此之外,在活性碳材料中引入杂原子也能显著提升电极材料的电化学性能。而传统的活性碳材料制备过程大多繁琐复杂或成本较高,因此,设计一些简单易行的方法制备含有杂原子掺杂的活性碳材料具有重要意义。基于上述背景,本论文的研究内容主要为以下几个方面:1.对锂硫电池的研究背景、发展历程、工作原理、目前存在的挑战进行了简单概述;简要总结了目前对锂硫电池正极、负极、电解液以及隔膜的研究进展,分析对比了各种材料的优势与不足。2.简要描述了电极材料表征时涉及的各种仪器的基本原理以及电化学性能表征时的测试方法。3.利用固相法,以三聚氰胺与L-半胱氨酸为原料,通过调控不同的原料比制备出比表面积与内部化学键成分不同的三维类石墨烯活性碳材料（NGC）NGC-8、NGC-4和NGC-2。通过XRD、SEM、XPS等表征确定了三种样品的微观结构、元素组成以及内部化学键成分。将多硫化物溶液（PS）滴加到NGC材料上制备成NGC/PS复合电极用于锂硫电池正极进行了电化学性能测试。在0.2 C的电流密度下,NGC-8/PS、NGC-4/PS以及NGC-2/PS复合电极的首圈放电比容量分别为1164、964.2和823.6 mAh g^-1,在循环400圈后,NGC-8/PS复合电极依然能够保持910mAh g^-1的比容量,每圈容量衰减率仅为0.05%。在1 C的电流密度下循环500圈后NGC-8/PS复合电极也能获得800 mAh g^-1的高比容量。通过分析得知,该材料具有优异电化学性能的原因主要是:其拥有的三维立体结构能够保证硫的有效负载;介孔与大孔的存在提供了电极材料内部有效的电子/离子传输通道以及对多硫化物的物理吸附作用;高含量的N掺杂不仅可以提供更多的反应活性位点促进氧化还原过程的进行,还能提供与多硫化物之间强的化学吸附作用,有效抑制“穿梭效应”。4.利用NaCl作为模板,壳聚糖作为碳源制备了具有不同比表面积的多孔活性碳材料NPC。通过XRD、Raman、XPS等分析了样品的结构、组成等信息。通过制备多硫化物复合电极在极片上负载了50%的硫后,用于锂硫电池正极表现出良好的电化学性能。在0.2 C的电流密度下首圈放电容量可达1150 mAh g^-1,循环300圈后仍保持894 mAh g^-1的比容量。当电流密度为1 C时,NPC-3.5/PS电极也能保持780 mAh g^-1的比容量稳定循环500圈,基本没有明显的容量衰减。相比于其他制备方法而言,该方法具有产率高、成本低、对环境友好等优点。综上所述,本论文成功的通过固相法和模板法制备了两种不同的氮掺杂活性碳材料,并负载多硫化物制备活性碳/PS复合电极用于锂硫电池,获得了优异的电化学性能表现,为氮掺杂的活性碳材料的合成及锂硫电池硫载体材料的设计提供了新思路。