锂硫电池具有理论能量密度高、环境友好、成本低廉等优点,但仍存在活性物质利用率低、循环稳定性和安全性差等问题,成为制约其实用化的瓶颈。本论文以碳质材料为基础,从碳材料导电网络的构建和限域效应出发,结合孔结构调控、异质原子掺杂与表面化学修饰,并从锂硫电池的整体结构设计出发,制备出具有高能量密度、长循环寿命的新型锂硫电池。本论文采用L-抗坏血酸为还原剂,在温和条件下,一步还原-诱导自组装制备出具有三维相互连通结构的石墨烯-碳纳米管-硫复合材料。在液相自组装过程中,石墨烯-碳纳米管导电网络的形成伴随着纳米硫颗粒的均匀负载。这种相互连通的导电网络为电子和锂离子提供了快速的传输通道,同时也能容忍充放电过程中硫电极的体积膨胀。此外,复合材料中残留的含氧官能团能与硫形成强的化学键合。因此,在较高放电倍率1C下,经过450圈循环后容量仍能维持在657 mAh g^-1,表现出良好的循环稳定性。在碳材料中采用氮、硫等异质原子掺杂,可以起到调控碳材料性质,提高碳与硫之间的相互作用。本论文采用L-半胱氨酸作为掺杂剂和结构调控剂,葡萄糖为碳源,通过水热处理和KOH活化,制备出具有高比表面积和层次孔结构的N,S双掺杂多孔碳微球,结合层次孔的物理限域和表面化学键合作用,增强了硫与碳基体之间的化学亲和力。为了进一步提高电子和离子的传输,本文采用氧化石墨烯作为模板,葡萄糖为碳源,吡咯为氮源,制备了一种具有三明治结构的石墨烯基氮掺杂多孔碳纳米片。石墨烯可以确保快速的电子和锂离子的传输,而两侧薄的氮掺杂多孔碳可以容纳硫并限制多硫化物的溶解。在2C倍率下,该碳-硫正极的首次放电容量可达625 mA h g^-1,经过200圈循环后容量仍有461 mAh g^-1,每圈的容量损失仅为0.13%。从锂硫电池整体结构设计出发,采用静电喷涂的方法在碳-硫电极表面均匀涂覆了一层厚度薄、质量轻的多功能涂层。该复合涂层可以通过多孔碳的物理限域与导电聚合物与多硫化物间形成的化学键合的协同作用,有效地限制了多硫化物的溶解,并能够重新利用捕捉到的多硫化物,提高了活性物质的利用率,从而提高了锂硫电池的倍率性能和循环寿命。