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锂硫电池具有高能量密度、环境友好等优点,是目前国内外研究的热点。其中,硫化锂（Li2S）正极具有三倍于传统锂电池容量的理论比容量(1166 m Ah g-1)、高熔点（938 oC）、较稳定的电极结构（充放电过程中体积膨胀小）以及安全性好（可搭配无锂负极,减少锂枝晶过度生长）等优点,在锂硫电池中受到广泛的关注。但是,硫化锂也存在着导电性不良、多硫化物溶解和穿梭等问题,极大地影响了锂硫电池的性能。目前针对硫化锂基正极的设计主要从改善电子/离子的传输能力和抑制多硫化物的穿梭等方面入手。其中,导电碳材料因具有良好的导电性以及疏松多孔的特性,并且在改善正极电子/离子传输能力、抑制多硫化物穿梭和高效负载活性物质等方面具有显著的优势,被广泛应用于锂硫电池正极的设计和制备中。基于此,本文设计了以碳材料负载硫化锂为主体,通过优化硫化锂粒径和形貌、构筑三维微孔/介孔碳结构、包覆导电聚合物、引入氧化还原媒介以及过渡金属化合物催化剂等策略,实现了硫化锂基锂硫电池性能的改善和提升。研究内容及主要创新性成果如下:1、为了优化硫化锂的粒径、形貌和改善其导电性,采用一步法原位碳热还原硫酸锂（Li2SO4）制备了硫化锂基正极复合材料。研究以有序介孔碳CMK3为主体,在835 oC下原位碳热还原Li2SO4制得硫化锂,并通过酚醛树脂（PF）碳化形成保形碳层制备了硫化锂/碳复合正极材料,有效地提高了Li2S的分散性和正极的导电性。电池在0.1 C下的初始放电比容量高达979 m Ah g-1,在2 C下循环450圈后仍有530 m Ah g-1的比容量。因此,原位合成硫化锂/碳复合正极材料的策略对降低硫化锂首次充电活化能垒和提升锂硫电池整体性能提供了新的思路。2、在介孔碳CMK3良好导电性的基础上,为了提高其对多硫化物穿梭的物理阻隔作用,在三维微孔/介孔Li2S/CMK3表面包覆一层聚乙烯吡咯烷酮（PVP）然后进行碳化处理,得到了三维微孔/介孔Li2S/CMK3/C复合正极。介孔六面体柱状CMK3可以提供快速的电子/离子转移路径,而微孔碳外层将Li2S/CMK3进一步包覆,可以物理阻止多硫化物穿梭。测试结果表明三维微孔/介孔Li2S/CMK3/C的硫含量高达79 wt.%。电池在0.2 C下循环150圈后的容量为848m Ah g-1,在2 C下循环400圈后的容量为410 m Ah g-1。因此,负载Li2S的三维微孔/介孔碳结构在物理限制多硫化物溶解、穿梭等方面的探索对该类锂硫电池的发展具有重要意义。3、为了进一步限制多硫化物的扩散和穿梭,研究引入导电聚合物聚吡咯（PPy）包覆负载了Li2S的氧化石墨烯和碳纳米管作正极材料,实现了正极对多硫化物的物理阻隔和化学吸附。研究发现,具有离域π电子云交联的导电聚吡咯包覆层不仅能加速电子转移,而且通过吡咯氮和多硫化锂中锂离子的锂-氮成键（Li-N）化学吸附和锚定多硫化物,促使其在正极内反应和转化。此外,氧化石墨烯和碳纳米管不仅提高了硫化锂的负载,而且改善了正极的电导率和柔韧性。Li2S/CNT/GO/PPy正极在0.1 C下的初始放电比容量为908 m Ah g-1,在2 C下循环400圈后的放电比容量为525 m Ah g-1,每圈容量衰减率仅为0.065%。因此,合成的聚吡咯包覆硫化锂基锂硫电池正极在高效抑制多硫化物穿梭和改善电池循环性能等方面效果明显。4、为了确保硫化锂基锂硫电池正极具有促进硫化锂活化的性能,通过引入氧化还原媒介PDC降低了硫化锂的活化能垒,并制备了Li2S-GO/CNT/PDC多级结构。其中GO/CNT碳主体为锂硫电池的氧化还原反应提供了较高的电子/离子电导率和较快的电荷传输速率、合适的比表面积、孔体积和孔径,同时也在一定程度上实现了对多硫化物穿梭的物理阻隔。PDC自身的氮原子可以化学吸附和固定正极内的多硫化物,抑制多硫化物的穿梭效应。同时,PDC的醌基结构作为氧化还原反应媒介（RM）促进了硫化锂的氧化。Li2S-GO/CNT/PDC在0.1 C电流下的初始放电比容量为925 m Ah g-1,在2 C下循环400圈后比容量为550m Ah g-1。因此,通过引入氧化还原媒介和物理、化学协同限域多硫化物穿梭的策略显著地改善了硫化锂的活化程度以及锂硫电池的电化学性能。5、为了更好地实现硫化锂基锂硫电池正极对多硫化物的化学吸附和催化转化,通过高温碳化处理将导电极性过渡金属化合物碳化钛（Ti C）作为催化剂引入材料结构中,并制备了LS-GO-CNT-Ti C复合正极。研究表明,LS-GO-CNT-Ti C通过硫钛键（Ti-S）化学吸附多硫化锂,能加快多硫化物的氧化还原反应动力学,促进硫化锂的成核与沉积,提升了硫利用率。采用氧化石墨烯锚定和负载硫化锂（LS-GO）之后与碳纳米管-碳化钛（CNT-Ti C）球磨得到了正极材料LS-GO-CNT-Ti C。LS-GO-CNT-Ti C在0.1 C电流下提供了高达956 m Ah g-1的初始放电比容量,且在2 C下循环400圈后的放电比容量高达508 m Ah g-1。因此,本研究证实了导电极性电化学催化剂对锂硫电池正极的电化学性能具有大幅提升作用。