锂硫电池作为未来最有可能替代传统锂离子电池的新型储能体系之一,具有比容量高、能量密度高、成本低廉等优点。锂硫电池目前仍不能实现商业化的主要原因在于以下几点:第一,正极活性物质是单质硫。硫的导电性极差严重阻碍电子传递而导致较低的活性物质利用率;第二,放电过程中硫元素发生逐步还原反应会产生一系列中间产物—多硫化锂（Li₂S_x,2≤x≤8）。多硫化锂（简写为LiPSs）极易溶于电解液产生穿梭效应而导致活性物质损失和容量的快速下降;第三,锂硫电池放电终产物Li₂S密度小,放电后电极体积产生80%左右的膨胀,因此容易造成电极结构破坏;第四,由于正极存在的穿梭效应也会引起负极、隔膜、电解液等其他组成部分产生新的问题。基于以上背景,本文针对锂硫电池正极存在的问题,通过构造具有不同结构和组成的载体材料并进行进一步的表面修饰,达到对正极的改性以提高锂硫电池的电化学性能。本文采用介孔氧化硅作为锂硫电池正极载体。利用水热法制备了具有不同形貌和结构的介孔氧化硅并研究pH值和模板剂的类型对孔径和形貌的影响。获得具有球形、短棒、长条和六面体四种形貌的介孔氧化硅。通过熔融浸渍的方法将介孔氧化硅与硫复合,并在S/SiO₂复合材料表面修饰弱还原的氧化石墨烯（RGO）以提供导电网络。最终构造成具有“RGO保护层@SiO₂吸附体”结构的正极材料。分析这种结构对限制LiPSs的作用机制,发现了氧化硅的酸性氧化物本质和介孔结构的强毛细管力可以有效地吸附LiPSs。同时由于氧化硅制备过程中原位产生的羟基基团达到对硫和LiPSs较好地分散作用和较高反应效率。对最终得到的四种形貌的RGO@S/SiO₂复合材料进行电化学性能测试,结果表明在0.1C电流密度下,四种正极分别得到1625、1638、1250和1009 mAh g^-1的高初始比容量。经过200圈充放电循环后比容量分别保持在1122、798、329.1和603 mAh g^-1。对具有规则孔结构的介孔氧化硅进行金属元素修饰而得到M-SiO₂载体。分别对Ti、Al、Sn修饰的SiO₂模型进行理论计算,得出Ti修饰的氧化硅结构具有最低形成能。同时发现Ti修饰SiO₂的带隙变窄且内部产生明显的电荷极化。对S/Ti-SiO₂复合正极的电化学性能进行测试表明短棒形和长条形的S/Ti-SiO₂材料在0.2C下分别得到1027和1003 mAh g^-1的首圈放电比容量,经过1000圈循环可分别保持352和443 mAh g^-1的容量,分别相当于初始比容量的34.2%和44.1%和每圈0.065%和0.055%的容量衰减率。对其反应机理分析发现,良好的电化学性能提高来源于Ti修饰对载体导电性的提高以及载体对LiPSs的吸附能力的增加。XPS表明LiPSs与载体之间可以通过Ti-S键相互作用来限制LiPSs溶解。为了验证其他金属修饰氧化硅在改善正极性能上的作用,制备了金属Al、Sn修饰的介孔SiO₂载体材料。0.2C下1000次循环之后,S/Al-SiO₂和S/Sn-SiO₂正极的比容量分别保持在944.2和352.5 mAh g^-1。表明金属修饰SiO₂载体对锂硫电池性能的普遍提升作用。探索了含有更加稳定Ti-O极性键的载体在锂硫电池中的应用。采用二维手风琴状Ti₃C₂ene材料直接作为硫载体。高导电性的Ti₃C₂ene载体表面官能团对LiPSs的吸附具有决定性作用。不同的复合硫工艺对正极材料的结构和电化学性能产生明显的影响。水浴法复合的S/Ti₃C₂ene具有较高电化学活性,而熔融浸渍法得到正极的循环性能较好。对Ti₃C₂ene载体进行快速氧化处理在Ti₃C₂ene表面原位引入含有稳定极性Ti-O键的钛氧化物。在200、500和800℃下快速氧化可得到具有不同氧化物组成的复合载体。随着氧化温度增加钛氧化物从亚化学计量的Ti_n O_2n-1逐渐向具有饱和键的TiO₂过渡。500℃下的产物由于适宜的氧化物尺寸、数量和形貌,因此获得了最好的电化学性能。在0.2C的倍率电流下进行500个循环之后得到845 mAh g^-1的比容量。另外在0.5C、1C、2C和5C的大电流密度下循环,分别获得了0.056%、0.083%、0.11%和0.12%的微小容量衰减。对比氧化前后载体对LiPSs吸附作用的不同。得出兼具LiPSs吸附能力和高导电性的Ti_x O_y-Ti₃C₂ene异质结载体的优势,同时发现了载体的界面储锂机制。