锂硫电池以硫为正极活性物质,其理论比容量高达1675 m Ah/g,配合金属锂负极可以达到2600 Wh/kg的能量密度,而且硫在自然界中储量非常丰富,并具有环境友好和低毒等优点,因此锂硫电池被认为是最具发展潜力的高能二次电池之一。然而在常规的基于有机电解液的锂硫电池中,多硫化物中间体会溶解在电解液中进而产生穿梭效应,造成活性物质的损失和金属锂的腐蚀,这也是导致电池低库伦效率和容量衰减的主要原因。此外,正极中的硫及其放电产物Li2S的电子/离子导电性较差,还会产生严重的体积效应,不仅降低了活性物质的利用率,还造成了电池容量衰减。而金属锂负极会与电解液发生反应,不仅造成了容量损失,还有可能导致金属锂不均匀沉积,从而产生锂枝晶刺穿隔膜,引发电池短路。另外,锂硫电池中使用的有机醚类电解液一旦受热有可能会引发起火甚至爆炸。为了完全抑制锂硫电池中存在的穿梭效应,以及彻底解决因有机电解液导致的安全性问题,基于无机固体电解质实现锂硫电池固态化是最有前景的解决方案之一。本课题从固态锂硫电池结构设计的角度出发,制备了相应的氧化物固体电解质和硫化物固体电解质,并设计了独特的混合电解质结构以及硫正极结构,成功组装并测试了准固态锂硫电池和全固态锂硫电池,彻底消除了多硫离子的穿梭效应,为锂硫电池的实际应用提供了一定的思路。具体研究内容如下:（1）采用固相法批量制备了致密度为96%的LAGP陶瓷电解质,室温离子电导率高达3.38×10-4 S/cm,使用LAGP电解质组装锂硫电池,能够完全阻隔多硫离子的穿梭,将库伦效率提高到了100%。为了降低陶瓷电解质与电极材料的界面接触阻抗,添加了少量电解液润湿两侧的界面,并在面对正极的LAGP表面上构建了一层碳涂覆层作为第二集流体,可以束缚溶解在润湿电解液中的多硫离子,并在后续的电化学反应中转化,从而减少电池的容量损失。（2）采用LAGP陶瓷作为电解质隔膜组装准固态锂硫电池,陶瓷与硫正极之间使用具有高浓度锂盐的电解液（SIS）润湿界面,SIS不仅降低了界面阻抗,还抑制了循环过程中多硫化物的溶解,使产生的多硫物质始终被限制在硫碳颗粒的周围,即使有微量的多硫化锂溶入SIS中,也会被LAGP陶瓷彻底阻隔在正极侧,也就是说,SIS-LAGP混合电解质体系对多硫离子形成了“双重限域效应”。基于SIS-LAGP的准固态锂硫电池具有非常优异的循环稳定性,在0.2 C下首次放电比容量高达1251.7 m Ah/g,长循环250次中每次的容量衰减仅为0.07%,我们依据电化学阻抗谱分析提出了“界面拆分效应”作为机理解释。（3）通过液相法合成了硫化物电解质Li7P3S11,将其与离子液体（IL）、单质硫、导电碳进行复合,制备了一种牙膏状的硫正极。选择Garnet型陶瓷电解质LLZTO为固态锂硫电池的主电解质和支撑体,将牙膏状正极涂覆在LLZTO的表面形成了良好的界面接触,LLZTO的另一表面则通过镀金和高温熔锂使金属锂与Garnet陶瓷紧密结合。这种固态锂硫电池具有较小的内部阻抗,并且表现出了较高的放电容量和循环稳定性。（4）选择棉花作为导电碳纤维的天然碳源,依次经过浓酸水解和高温碳化得到了单分散的碳纤维,然后通过液相法原位在其表面包覆了一层Li7P3S11电解质,最后与单质硫混合并热处理得到了复合硫正极材料,其中活性物质硫同时与离子导体和电子导体形成了紧密的接触。为了配合该复合正极的使用,我们通过固相反应法制备得到了室温离子电导率高达5.24×10-3 S/cm的Li6PS5Cl电解质,并基于以上复合硫正极和Li6PS5Cl电解质组装了全固态锂硫电池（金属锂为负极）,在60 oC下获得了极高的放电容量32.8 m Ah(对应22 m Ah cm-2)。