传统锂离子电池的能量密度较低,难以满足当前功能性更强的智能电子产品、高续航纯电动汽车和无人机等的需求,而基于多电子氧化还原反应的锂硫电池具有高达1675 mAh g^-1的理论比容量和2600 Wh kg^-1的理论比能量,因此有望替代现有的锂离子电池系统被广泛使用。此外,单质硫还具有廉价易得、环境友好、地壳含量丰富以及安全无毒等优点。然而作为电极材料,单质硫及其放电后的最终产物Li₂S₂/Li₂S的导电性差、中间产物多硫化锂在电解液中的溶解以及放电过程中高达80%的体积膨胀,导致锂硫电池中硫的利用率低、容量衰减迅速、倍率性能差,上述不利情况使得锂硫电池的商业化应用之路困难重重。为了解决上述难题,研究人员发现将碳材料作为活性物质的载体,可以极大改善锂硫电池各方面的性能。其中,利用静电纺丝技术制备的一维多孔碳纳米纤维材料因其良好的导电性、优异的柔韧性和机械性以及自支撑等特点,在制备高性能锂硫电池方面展现了巨大的应用前景。目前为数不多的文献中仅仅探讨了一维纳米纤维的孔效应对锂硫电池电化学性能的影响,但是并未对改善原因及其中的机理展开具体研究。此外,利用传统的方法制备多孔纤维的流程繁琐,并且涉及到危险化学试剂例如氢氟酸的使用,使得该类材料不易实现批量化生产。本论文利用简单的静电纺丝技术成功制备了一维碳纳米纤维材料,并通过调控制备条件得到了不同直径和不同表面性质的碳纳米纤维。接着分别研究了直径大小和表面改性对碳纳米纤维材料作为锂硫电池正极的电化学行为的影响,并详细研究了其不同的反应机理,这对改善锂硫电池的电化学性能具有重要的理论和实践意义。本论文的具体工作如下:（1）利用静电纺丝技术制备了不同直径的一维多孔碳纳米纤维作为活性物质Li₂S₆的载体材料:研究发现,具有特定直径的一维碳纳米纤维（本文中为200 nm,即CNFs-2）具有优异的电子转移速率,其能促进硫化物在纤维表面的结晶成核,进而在电极表面形成硫化物薄膜限制多硫化物的溶解并缓解多硫化物的穿梭效应。此外,硫化物在表面的成膜性质避免了多硫化物的团聚提高了活性物质的利用率。CNFs-2作为锂硫电池正极基底材料的电化学测试结果为:在1 C电流密度下循环1000圈,容量保持在532.6 mAh g^-1,容量衰减率仅为0.023%。当增大硫的负载量至12.2 mg cm^-2时,能够实现9.5 mAh cm^-2的面积比容量。（2）利用静电纺丝技术制备Co₉S₈（15%）+CNFs复合正极基底材料:碳纤维组成的相互交错的三维网状结构有利于电子的高效传递,表面修饰的Co₉S₈纳米颗粒能有效吸附多硫化物抑制其溶解并且能进一步催化促进多硫化物的氧化还原反应。将表面修饰15%Co₉S₈纳米颗粒的CNFs复合材料用作锂硫电池正极基底材料测试其性能,在1 C的电流密度下循环600圈,每圈的容量衰减率仅为0.026%。综上所述,本论文详细研究了不同直径碳纳米纤维和不同表面修饰情况的一维碳纳米纤维作为活性物质Li₂S₆载体的电化学性能和反应动力学。实验结果表明,直径为200 nm的碳纤维构成的碳膜和表面修饰15%Co₉S₈的复合材料可以有效提高单质硫的利用率,为实现高容量、长循环锂硫电池的商业化应用提供了新可能。