人类社会持续增加的能源需求已成为当今世界需要解决的首要问题。日益枯竭的化石能源已经无法满足人类社会可持续发展的需求,因而寻求新型的能源获取与存储方式刻不容缓。二次电池在新能源结构中占据重要地位,但是目前商品化的二次电池体系在能量密度、资源储备等方面均无法满足电动汽车、大规模储能等重要新兴领域的巨大需求。锂硫电池在原理上可以实现低成本、高能量密度同时对环境友好,因而被认为是具有巨大潜力的下一代二次电池体系。然而,锂硫电池的发展还面临着一些亟待解决的问题,比如锂负极枝晶生长导致的安全隐患、硫正极的导电性差、反应生成的中间产物溶于电解液导致穿梭效应等,这些问题严重影响活性物质的利用率和电池的循环稳定性。针对这些问题,本论文围绕锂硫电池关键电极材料的设计展开工作,探求有效提高电池综合性能的方法,主要研究内容如下:（1）针对金属锂负极枝晶生长的问题,设计了一种莲藕状结构的三维碳集流体作为锂沉积骨架,通过调控几何结构实现了锂离子在纤维内部的选择性沉积。实验和模拟计算的结果表明当空心结构内外曲率半径差足够大时,内外表面的应力差会驱动锂离子优先在孔道内部沉积;透射电镜和扫描电镜实验直接证明了在内外半径曲率差≥10时,锂只在纤维内部孔道沉积,表现出强选择性。基于莲藕状碳基体的Li/C复合电极储锂容量>3600 m Ah g-1carbon;循环超过3500个小时时电池仍然没有短路现象出现;修饰Nafion分子作为固体电解质中间相（SEI）层后,库伦效率达到99.0%以上;该复合电极与磷酸铁锂（Li Fe PO4）按Li:Li Fe PO4=1.8:1容量比组装的全电池,在0.5 C电流密度下循环120周容量几乎不衰减,证明了这种结构设计能有效提升锂负极的稳定性和安全性。（2）针对锂离子沉积不均匀的问题,设计了一种底部修饰金颗粒的碳纤维集流体作为锂沉积骨架,通过痕量的金粒子诱导锂离子在载体底部沉积并向远离正极的方向生长,消除了枝晶刺穿隔膜的隐患。研究发现,这种单面金修饰的碳纤维骨架作为负极载体时,在锂大量沉积的情况下,复合负极的表面并没有出现锂枝晶;循环超过700个小时时电池仍然没有短路现象出现;负极的库伦效率达到99.2%。最后将该复合负极与硫正极按容量配比1:1.2匹配成全电池,在经过100圈循环之后,容量还保持在将近700 m Ah g-1。该工作提出了一种诱导锂离子逆向沉积的策略,为金属锂负极保护提供了一种新的思路。（3）针对锂离子在电极表面分布不均匀的问题,设计了一种具有压电效应的β-PVDF作为锂负极表面人工SEI层。通过在锂负极表面引入额外的表面电场,加速电极界面处的离子扩散来提高电解质补充锂离子的能力,促进电极表面锂离子的均匀分布,抑制锂枝晶生长。研究结果证明金属锂负极经过压电材料修饰后,稳定性得到极大提高,在经过600个小时循环之后电池仍然没有短路现象出现,库伦效率也提高到99.0%左右。与硫正极匹配成锂硫全电池后,经过100圈循环之后,容量还保持在1000 m Ah g-1左右。这种在锂负极表面引入压电聚合物膜的方法有效提高了金属锂电极的可充性,同时工艺路线非常简单易行,具有实际应用的潜力。（4）针对聚丙烯腈/硫复合材料（PANS）存在的导电性差的问题,我们设计了一种聚丙烯腈/硫（PANS）与碳纳米管（CNT）同轴共混的复合材料。通过轴心的CNT骨架提供的电子导通通道,有效的提高了复合材料的整体导电性能,实现了良好的倍率性能:该复合材料在5 C的倍率下仍然有将近900 m Ah g-1的比容量。同时,本部分工作重点对PAN/S的首圈电化学行为进行了测试分析,发现聚丙烯腈/硫首圈放电后部分不可逆的容量是由于部分锂离子不可逆的嵌入到了聚丙烯腈结构中,导致了该材料首效较低。这部分研究结果为深入理解聚丙烯腈/硫复合材料的电化学反应机制提供了新的思考方向。