社会和科技的发展对石油等不可再生资源造成大量消耗,随之而来的资源枯竭问题和环境问题迫在眉睫,导致人们对绿色能源的需求日益增加。硫是一种极具发展前景的高能量密度金属锂电池的正极材料,因此锂硫电池的开发和应用受到了研究者的广泛关注。目前市场上主流的锂电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）和锰酸锂（LiMn2O4）等,但是这些材料价格昂贵,能量密度不够高,不能满足人们对绿色能源的需求。而硫作为世界上最丰富的元素之一,符合当代对绿色能源的要求。尽管锂硫电池有许多优点,但其自身的“穿梭效应”问题以及硫的绝缘性等缺陷阻碍了锂硫电池的大规模应用。鉴于以上问题,在此通过正极与隔膜之间的夹层结构着手研究,设计多种夹层并置于锂硫电池硫正极之上,以提升其库伦效率。将多壁碳纳米管（MWCNTs）或者三维（3D）碳材料与各类纤维利用真空抽滤法制成3D多孔碳/MWCNTs/芳纶纤维柔性夹层,并以其为基质载体,涂覆羟基官能团（羟基磷灰石纳米线）、氧化物（SnO2）、氟化锂（LiF）进行表面修饰,可视为一种功能性夹层并添加到硫正极之上,提高锂硫电池的循环性能。将材料预处理后进入高温管式炉碳化制备出新型三维多孔碳材料。三维多孔碳纳米管夹层因其特有的多孔结构、大的比表面积可以显著的提高多硫化物的捕获率。通过简单的化学和物理方法制备三维蜂窝多孔碳（Co-PC）作为锂硫电池的高性能夹层材料,显著提高了锂硫电池的比容量保留能力和长期循环稳定性。Co纳米粒子在高温下蚀刻而成的三维蜂窝多孔碳可以阻止多硫化物的溶解和扩散,有效的抑制了穿梭效应。与普通锂硫电池相比,Co-PC夹层锂硫电池首次放电比容量提高了82.2%,在1 C和3 C倍率下,放电比容量分别仍保持在637 mAh/g和445 mAh/g。利用水热合成法制备纳米SnO2作为吸收剂并与MWCNTs以及芳纶纤维夹层（AP）制备出一种新型复合夹层（SMAP）。电化学测试结果表明,在0.05C时,SMAP夹层高性能锂硫电池初次放电比容量达到1526 mAh/g,显示出良好的倍率和循环性能。利用加入氧化物这一化学吸附原理,提高锂电池电化学性能,为其实现高能量密度、长寿命周期提供了一种有效可行的方法。通过水热合成法制备羟基磷灰石（Ca5（PO4）3（OH））纳米线（HN）作为多硫化物吸收剂,并与芳纶纤维夹层形成层次交联的新型羟基磷灰石纳米线复合（HNAP）夹层。电化学测试结果表明,HNAP夹层锂硫电池在0.05 C倍率下首次放电容量为1456 mAh/g,而在5 C大倍率下时首次放电比容量仍高达599 mAh/g。HN是生物体骨骼和牙齿的主要矿物成分,同时具有良好的生物相容性,并且由于HN中-OH和P=O等化学键对多硫化物的配位吸附,所以HN对多硫化物有很强的吸附能力和结合亲和力。利用LiF来修饰AP夹层并应用于锂硫电池中,采用LiF/AP夹层组合的锂硫电池经过1 C倍率下200次循环后,放电容量为885 mAh/g,每周衰减率低至0.0302%,并且在4 C大倍率时LiF/AP夹层锂硫电池放电比容量仍高达693mAh/g。LiF与电解质发生化学反应产生致密的溶胶层,抑制多硫化物向负极的扩散。同时,LiF的加入可以增强SEI膜的稳定性,提高锂硫电池的电化学性能。