锂硫电池因具有理论能量密度高、对环境友好、价格低廉等优点,成为了最有发展前景的储能体系之一。但是,硫单质导电性差、氧化还原过程中剧烈的体积变化、多硫化锂易引发“飞梭效应”等问题制约了锂硫电池进一步发展。针对上述问题,本文从以下三个方面展开,提升锂硫电池性能:一、使用碳材料作为基体,构造稳固的三维导电网络,改善硫导电性的同时缓解体积变化;二、通过巧妙的结构/分子设计,物理限制或化学锚定多硫化物,缓解“飞梭效应”;三、借助原子力显微镜,探索及剖析电极容量衰减的本征特点,为后续研究提供支持。（1）通过静电纺丝结合热处理方法制备了三维自编制的碳纤维-还原氧化石墨烯材料（CNF-RGO）,将其作为无机硫的载体,应用到锂硫电池中。吸附实验显示,相互交联多孔的CNF-RGO材料对高阶多硫化锂（Li₂S₆）具有强效吸附作用。电化学测试表明,CNF-RGO/S电极在5 C的大电流下,100次循环之后还保持有227 m Ah/g的放电比容量,并且在随后的300次循环中几乎没有容量衰减。说明CNF-RGO基体提供了稳定的机械结构,并缩短了锂离子扩散路径,有效的缓解了“飞梭效应”,提高了CNF-RGO/S电极性能。（2）针对CNF-RGO/S材料的硫含量低、性能有待进一步提升的缺点,利用水热法制备类树突状cp（TTCA-CNTs）复合有机硫材料。实验结果显示:cp（S-TTCA-CNTs）-1（4:1）复合材料的硫含量高达78 wt%,在1 C时的初始放电容量为698 m Ah/g,1000次循环后还保持有553 m Ah/g,相比于CNF-RGO/S电极得到了明显提升。表明有机硫可以大量均匀的分布在cp（TTCA-CNTs）基体上,基体通过化学键锚定高阶多硫化物,抑制“飞梭效应”;另一方面,TTCA改性的CNTs网络可作为柔性导电添加剂增强氧化还原动力学,还可以缓解硫的体积变化。因此,cp（S-TTCA-CNTs）-1（4:1）较CNF-RGO/S电极性能得到了明显的提高。（3）无论使用无机硫还是有机硫作为活性物质,仍存在容量衰减的问题,因此,需要借助原子力显微镜,从微纳尺度上探索及剖析硫容量衰减的本征特点。结果表明,随着循环次数的增加,锂离子在硫基体中的扩散系数骤减,扩散阻力逐渐升高,表明其扩散越来越难。通过对同一区域多次扫描,发现硫在循环过程中其表面趋于平坦,并且观察到了单个硫颗粒在充放电过程中的体积变化。微观测试分析与宏观实验现象相匹配,为以后宿主材料的设计提供了有力的支撑。