锂硫电池具有高的能量密度（2500Whkg-1）和理论比容量（1672 mAhg-1）,且正极材料硫来源广泛储量丰富、价格低廉和环境友好,因而锂硫电池被认为是下一代最有发展前景的先进储能体系之一。尽管如此,锂硫电池的实际应用仍然面临诸多阻碍,包括正极硫及放电产物Li2S的绝缘性,严重的多硫化锂（LiPS）穿梭和循环过程中明显的电极体积变化。这些问题将导致硫的利用率低,电化学反应动力学缓慢,从而使电池电化学性能下降。设计一种能够抑制LiPS穿梭同时提高活性材料硫的利用率的电催化剂应用于硫正极是实现锂硫电池实际应用的有效策略。目前,电催化剂应用于硫正极的研究已经取得了进展,所设计的电催化剂能够协同促进LiPS的物理/化学锚定和催化转化,但对于电催化剂的种类和催化活性中心及具体催化机制的研究仍需被进一步探索。除此之外,包含大量导电添加剂和粘结剂的传统硫正极不仅会导致较差的循环稳定性、较低的电池的能量密度,而且使得制备的电极机械性能有限,难以实现柔性的锂硫电池。在这种情况下,摒弃导电添加剂和粘结剂,构建一种导电良好的自支撑电极作为硫宿主势在必行。综上所述,本文从硫正极宿主的设计出发,从以下两个方面来合理设计构筑高稳定性的锂硫电池。（1）极性电催化剂的设计。电催化剂的活性中心可以有效的催化LiPS的快速转化,加速硫的氧化还原反应动力学,提高硫的利用率;（2）自支撑硫宿主结构的构建。摒弃导电添加剂和粘结剂,构建导电性良好且比表面积较大的自支撑电极直接用作硫宿主,一方面提高了活性物质硫的负载量,有效减缓循环过程中硫的体积变化,另一方面提高了电池的能量密度且柔性正极的设计使锂硫电池接近了商业化。本文的主要研究内容概括如下:（1）制备了 T相的Nb2O5纳米线（T-Nb2O5 NWs）作为极性电催化剂应用于锂硫电池正极。采用自组装的方法合成了 T-Nb2O5 NWs并将其作为极性电催化剂对多硫化锂进行了有效的化学锚固。由实验和理论计算可知,T-Nb2O5 NWs对LiPS具有较强的吸附性能和较高的结合能。组装成电池后,与纯的石墨烯/硫（G/S）正极相比,T-Nb2O5 NWs/石墨烯/硫（T-Nb2O5/G/S）具有更好的倍率性能以及良好的循环稳定性。（2）设计了将金属纳米电催化剂磷化钴（CoP）锚定在具有垂直石墨烯的碳布（VG/CC）上的自支撑电极作为复合硫宿主。这种复合材料中的垂直石墨烯（VG）构建了三维的导电网络,且提供了足够的比表面积,同时锚定在VG上的CoP纳米片还促进了 LiPS的锚固和催化转化,从而实现了快速的电子/离子传输、高硫负载量、有效的体积缓冲并抑制了多硫化物穿梭的效果。基于此,由复合材料负载硫得到的CoP@G/CC-S正极提供了高的比容量和良好的循环性能。即使在10.83 mg cm-2的高硫负荷下,CoP@G/CC-S正极仍保留了 8.81 mAh cm-2的高面容量。除此之外该自支撑正极强的机械性能满足了柔性Li-S软包电池的实用可行性,在不同机械强度下仍能表现出良好的电化学性能。（3）提出了一种普适性的方法设计金属单原子多孔碳纤维膜（MN4C4（M=Ni/Co/Fe）PCNF）作为硫宿主研究对LiPS的转化机制。通过静电纺丝的方法合成了三种MN4C4（M=Ni/Co/Fe）PCNF作为硫宿主,通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HADDF-STEM）、同步辐射等表征描述了原子水平上的单原子催化剂的结构和配位情况,并通过理论和实验分析研究了此单原子催化剂用作锂硫电池宿主对LiPS转化过程的催化机制。根据理论和实验结果证明了镍单原子多孔碳纤维膜（NiSAPCNF）,钴单原子多孔碳纤维膜（CoSAPCNF）和铁单原子多孔碳纤维膜（FeSA PCNF）对LiPS的催化转化均具有较好的催化效果。进一步深入研究硫还原反应（SRR）过程中的Li2S2到Li2S过程,结果表明,NiSA PCNF提供了最佳的吸附位点,具有最好的催化活性,且NiSA PCNF上的吸附位点可能具有双位点（金属Ni位点和C5位点）协同催化机制。除此之外,与三种金属单原子相临近的五元环和六元环中的碳原子（分别记为C5和C6）也具有一定的催化效果,对于三种催化剂来说,C5的催化位点均强C6。