穿梭效应作为锂硫电池目前存在的主要问题,本论文对其做出了针对性的改善,通过选取LiMn₂O₄、VPO₄及VOPO₄、α-MoO₃一系列具有变价金属元素的过渡金属化合物,利用其对多硫化物高效的化学吸附作用,使得穿梭效应被有效抑制;其次这一系列添加剂在锂硫电池平台电压下具有稳定的分子结构,在电池充放电过程中作为活性硫的储存基材。在LiMn₂O₄这一实验章节中,通过紫外-可见吸收光谱表明Li₂S₆被Li Mn₂O₄吸附,红外光谱表明,LiMn₂O₄/Li₂S₆由于Li₂S₆和LiMn₂O₄之间存在络合作用发生蓝移现象。这些测试结果有力的说明了LiMn₂O₄对多硫化物有很强的吸附作用。结合XPS分析结果,推测出可能发生的吸附机理,即在这一过程中,LiMn₂O₄表面的部分Mn⁴⁺被还原并转化为Mn³⁺和Mn²⁺。同时,S₆^2-被氧化为Li₂S_6+x从而被吸附在S/LiMn₂O₄电极上。此外,通过循环测试得到,在1 C倍率下300次循环后,S/LiMn₂O₄电极仍保持512.2 mA h g^-1的容量,超过S/C电极的392.6 mA h g^-1。还测试计算出S/LiMn₂O₄电极的扩散系数为1.41×10^-13 cm² s^-1,大于S/C电极的1.22×10^-13 cm² s^-1,显示出良好的锂离子电导率。从以上结果可以看出,尖晶石型LiMn₂O₄的引入,可以明显提高锂硫电池的电化学性能。通过紫外-可见吸收光谱表明Li₂S₆被LiMn₂O₄吸附,红外光谱表明,LiMn₂O₄/Li₂S₆由于Li₂S₆和LiMn₂O₄之间存在络合作用发生蓝移现象。这些测试结果有力的说明了LiMn₂O₄对多硫化物有很强的吸附作用。结合XPS分析结果,推测出可能发生的吸附机理,即在这一过程中,LiMn₂O₄表面的部分Mn⁴⁺被还原并转化为Mn³⁺和Mn²⁺。同时,S₆^2-被氧化为Li₂S_6+x从而被吸附在S/LiMn₂O₄电极上。此外,通过循环测试得到,在1 C倍率下300次循环后,S/LiMn₂O₄电极仍保持512.2 mA h g^-1的容量,超过S/C电极的392.6 mA h g^-1。还测试计算出S/LiMn₂O₄电极的扩散系数为1.41×10^-13 cm² s^-1,大于S/C电极的1.22×10^-13 cm² s^-1,显示出良好的锂离子电导率。从以上结果可以看出,尖晶石型LiMn₂O₄的引入,可以明显提高锂硫电池的电化学性能。在VPO₄及VOPO₄这一实验章节中,SVOC和SVC电极在电化学性能方面表现出良好的循环稳定性,倍率性能及放电容量。在0.1 C倍率下SVOC（或SVC）电极初始放电容量高达1044.9（或1261.3）mA h g^-1,在2 C倍率下500次循环后容量仍能保持535.5（或508.9）mA h g^-1。通过吸附实验及紫外-可见吸收光谱表明VPO₄和VOPO₄能有效吸附Li₂S₄及Li₂S₆,红外光谱表明,VPO₄/Li₂S₄、VPO₄/Li₂S₆、VOPO₄/Li₂S₄及VOPO₄/Li₂S₆曲线由于VPO₄和VOPO₄与多硫化锂之间存在化学吸附作用而发生偏移,这些测试结果有力的说明了VPO₄和VOPO₄对多硫化物有很强的吸附作用。结合XPS分析结果,从S 2p、V 2p、P 2p、O 1s等方面对比可以看出,VPO₄和VOPO₄与多硫化锂存在的明显的化学相互作用,这得益于VPO₄和VOPO₄的分子表面具有丰富的氧原子,可以与多硫化锂形成很强的化学吸附作用,进而抑制电池的穿梭效应,使得电池中活性硫的利用率得到有效提升,从而改善锂硫电池的电化学性能。在α-MoO₃这一实验章节中,S/（α-MoO₃+CNTs）电极在0.1 C倍率下初始放电容量高达1151.7 mA h g^-1,在0.5 C倍率下400次循环后容量保持率仍能到达84%。对吸附机理进行了深入的研究,通过紫外-可见吸收光谱,红外光谱,拉曼光谱和XPS测试分析表明,通过捕获多硫化物上的Li原子,α-MoO₃能有效缓解多硫化物的溶解,抑制穿梭效应。通过DFT计算分析得到,在α-MoO₃（001）表面吸附Li₂S₄的吸附能量为-7.11 eV;在α-MoO₃（001）表面吸附Li₂S₆的结合能为-7.39 eV。由于Li₂S₄（或Li₂S₆）和α-MoO₃之间的相互作用,吸附后的分子结构发生了很大的变化,Li-O键在其中起到主要作用。DFT计算表明Li₂S₄和Li₂S₆都可以与α-MoO₃成键,从而有效的吸附住易溶的多硫化物,进而提升锂硫电池的电化学性能。与其他报道中复杂的硫正极设计步骤相比,本实验步骤简单,具有实用性和规模化生产潜力。