随着电动车辆的急剧增长以及煤、石油、天然气等不可再生化石燃料的逐渐消耗殆尽,人们急需寻找与可持续发展相适应的能源替代品。然而,当前研究的锂离子电池的能量密度及循环性能等已经无法满足实际生产中对大型储能装置的需求。因此,研发具备更高能量密度、功率密度和长循环寿命的储能材料已经成为当今各国关注的热点。因为硫正极具有1672 mAh g^-1的高理论比容量和2500Wh kg^-1的高理论比能量,是当今商业化锂离子电池的5倍。同时,硫具有生产成本低,自然储量丰富,安全性好,无毒的优点,因此锂硫电池已成为下一代储能装置最有希望的候选者之一,受到了广泛关注。目前普遍采用碳/硫复合材料作为锂硫电池的正极材料。但是各种碳材料通过物理吸附固定多硫化锂的效果有限,只能使得多硫离子暂时吸附在碳材料附近,电池长时间循环和放置仍然会扩散到电解液中和负极,严重影响其循环寿命和自放电性能。金属氧化物和硫化物本身含有O、S等原子与多硫化锂具有更强的相互作用,被证明是有效的极性主体材料。中空材料可以通过宏孔结构容纳更多的活性物质硫,同时提供更多的吸附位点。因此,中空氧化物和硫化物有望成为硫的支撑骨架,抑制其穿梭效应,提高Li-S电池的性能。本文首次选择了对多硫转化具有催化活性的硫化铜作为候选材料,设计合成了Cu₂S空心立方体晶体和空心CuS微球,并对硫化剂的种类和用量分别进行了探索,发现合适的硫化剂的量不仅对形貌的维持起到至关重要的影响,也能保持较高的比容量。当加入10%TAA来制得Cu₂S立方块时,其初始比容量能达到701 mAh g^-1,在循环50圈以后,比容量依然可以保持412 mAh g^-1。硫化钒对多硫化锂的化学亲和力和吸附能力比其他金属硫化物要更强,可提高活性物质硫的利用率。本文进一步合成了多种硫化钒多级结构及其石墨烯复合物,分别载硫后研究了电化学性能。发现硫化钒材料本身在锂硫电池电压窗口内可以发生嵌入反应,为进一步提高锂硫电池的容量提供了空间。然而开放的多级结构不利于多硫的吸附,限制了其循环稳定性的提高。结合以上工作,本文结合VO₂的嵌入反应和S的转化反应机制设计合成了中空微球VO₂@S复合正极材料。VO₂微米空心球为硫的载入提供了充足的空间,提高了材料的振实密度(1.64 g cm^-3)。原位生成的VS_x不仅可以促进多硫的转化,提高硫的利用率和容量,同时可以增强了壳体与多硫的相互作用,抑制了多硫的穿梭效应,提高了循环寿命。最终VO₂@S复合正极材料初始放电比容量能高达930 mAh g^-1,对应于1084 mAh cm^-3的初始体积放电比容量。