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可充电锂硫电池具有超高的理论能量密度（2600 Wh kg-1）和丰富的硫资源等突出优点,是我国“十四五”新能源产业规划中高比能储能器件的重要组成部分。然而,锂硫电池在便携式电子设备和电动汽车等领域中的实际应用仍受到诸多问题的制约。其中关键的科学问题包括多硫化物中间产物的穿梭效应以及缓慢的氧化还原动力学。尤其是在高硫负载量等实用化条件下,硫正极的这些问题会导致电池容量快速衰减。为解决上述问题,本论文通过设计材料尺度和电极尺度的硫正极界面结构,有效调控了多硫化锂的电化学反应,实现了高性能的高载量（>4 mg cm-2）硫正极,极大推动了锂硫电池的实用化进程。主要包括以下研究内容:1.在材料尺度上,通过盐模板法开发了高载量（15.3 wt%）的钴单原子（Co SAN-C）催化剂,实现了对（多）硫化锂在硫宿主材料上转化和沉积行为的有效调控。多种实验表征和第一性原理计算结果证明了Co SA-N-C具有丰富的原子级Co-N4位点,这些位点可以通过Co-S键和N-Li键化学锚定可溶性Li2Sn（4≤n≤8）,并催化其向不溶性S8和Li2S的双向转化,从而极大限制了多硫化锂的穿梭效应。同时Co SAN-C可以诱导Li2S颗粒的均匀沉积,并加快了Li2S在后续充电过程中的溶解过程,从而保证了硫的高利用率。基于Co SA-N-C的硫复合正极在硫负载为4.9 mg cm-2、电极液/硫比为10.4μL mg-1、电流密度为0.2 C（1 C=1675 m A g-1）的条件下,循环120次之后的可逆容量达到4.24 m Ah cm-2。这种高载量的单原子催化剂为锂硫电池及其他涉及溶解/沉淀机制的电化学储能器件的开发开拓了新的前景。2.在材料尺度上,通过构筑纳微尺度的莫特-肖特基异质结有效催化了多硫化物在载硫材料上的动力学转化。采用一步热解金属有机框架前驱体的方法得到了由氮掺杂多孔碳微米片负载钴纳米颗粒组成的Co@NC莫特-肖特基催化剂。基于光谱学表征和理论模拟,证实了Co@NC异质结界面处存在自发的电荷重新分布和内置电场的构建现象。这种界面效应成功降低了多硫化物氧化还原反应的活化能以及能量势垒,有效提升了硫正极的反应动力学。最终,采用Co@NC作为硫宿主的锂硫电池在高倍率（4 C）、高温（55℃）、高硫载量（10.73 mg cm-2）和低电解液/硫（5.9μL mg-1）的条件下能够稳定高效地工作,能量密度高达307.8 Wh kg-1。这种莫特-肖特基催化剂为锂硫电池及其它多电子转化机制的电化学储能器件关键材料的开发提供了新的研究思路。3.通过构筑电极尺度上的超薄导电聚合物功能层实现了稳定的电极/隔膜界面。采用气相聚合法在商用聚丙烯隔膜表面原位合成了超轻（0.13 mg cm-2）超薄（60 nm）的聚吡咯（PPy）功能层。这种PPy功能层既能在正极/隔膜界面处通过锚定多硫化锂来抑制其穿过隔膜到达负极,也能在负极/隔膜界面处加快锂离子的传输,从而避免锂枝晶的生成。得益于PPy功能层对于正极/隔膜和负极/隔膜界面的同时改善,锂硫电池在正极硫载量为5.73 mg cm-2、电流密度为0.2 C的条件下,初始容量达到4.67m Ah cm-2,经过150次循环后,容量保持率为75.6%。这种利用导电聚合物功能层调控锂硫电池电极界面结构的方法为高性能锂硫电池的开发提供了新的契机。4.结合材料尺度和电极尺度的界面设计,制备了金属钼基双层半液态复合硫正极,并全面调节了硫物种的负载、吸附、转化以及沉积行为。利用真空抽滤,溶液浇筑和磁控溅射等方式,得到了底部是滴加了Li2S6溶液的碳纳米纤维（CNF/Li2S6）纸、顶部为金属钼修饰的碳纳米管（CNT/Mo）层的双层结构。这种双层结构可以通过物理阻挡和化学吸附相结合的方式将大量的Li2S6正极溶液限域在复合正极中。此外,CNT上负载的金属钼纳米团簇能够提供大量的活性位点,用来催化Li2S6的氧化还原反应并促进Li2S颗粒的沉积。这些特点有效抑制了多硫化锂的穿梭并加快了硫转化反应的动力学,从而提高了CNF/Li2S6/Mo/CNT复合硫正极的电化学性能。在硫负载量高达7.64 mg cm-2及0.2 C的电流密度下,经过100次循环后的可逆容量仍高达4.75 m Ah cm-2,容量保持率为80%。这种兼具材料与电极尺度界面结构设计的半液态复合硫正极为推动高比能锂硫电池的实际应用提供了一条新的途径。