锂硫电池具有高理论比容量与能量密度和单质硫储量丰富、价格低廉、环境友好等优势,被认为是极具潜力的新一代储能体系之一。然而,单质硫作为锂硫电池正极材料仍有许多问题亟需解决:（1）单质硫和其产物Li2S的电绝缘性;（2）活性物质在充放电过程中的体积变化;（3）多硫化锂中间产物在电解液中的溶解和扩散导致的穿梭效应。这些问题往往容易造成硫活性材料低的利用率、严重的容量衰减和差的循环稳定性等,进而影响了锂硫电池的商业化应用。针对硫正极存在的上述问题,本文以金属基碳复合材料作为研究对象,设计具有高导电性、高化学吸附、高催化活性的纳米复合材料作为单质硫载体介质或隔膜修饰层材料,从而改善了锂硫电池的电化学性能。本论文的主要研究内容如下:（1）利用简单的逐步包覆-刻蚀方法制备了一种CoxSny合金修饰N掺杂空心碳复合材料（E-CoxSny@NC）作为锂硫电池的载体介质。在制备过程中,正硅酸乙酯的引入和聚多巴胺的热解能够诱导Co和Sn直接合金化形成CoxSny合金,而乙二胺能够提高碳框架中掺杂N的含量（高达5.69wt%）,有利于增加碳表面的吸附极性和导电性。实验结果表明,E-CoxSny@NC复合材料对多硫化锂呈现出较强的化学吸附和催化活性,它不仅能够有效地锚定多硫化锂,抑制其穿梭效应,而且能够加速多硫化锂中间产物的转化速率。因此,E-CoxSny/N/S正极材料不仅展现了优异的循环稳定性和倍率性能,而且有效地降低了循环过程中的极化。组装的锂硫电池在0.2 C电流密度下循环的比容量为1161 mAh g-1;在1.0 C下循环500次其容量保持率为81.2%,每圈的容量衰减率仅为0.0376%;在2.0 C下其比容量仍高达778 mAh g-1。（2）利用冷冻干燥技术将Fe基化合物纳米颗粒嵌入到三维多孔碳纳米框架结构中,制备了一种具有3D泡沫状多孔结构的Fe基化合物/碳（FeCFeOC）复合材料。FeCFeOC复合材料中多孔碳框架结构能够提高活性物质的导电性和缓解循环过程中的体积变化,而极性Fe基化合物纳米颗粒对多硫化锂兼具有强的化学吸附-催化活性协同效应。在循环过程中利用化学吸附作用将多硫化锂吸附和锚定在正极材料表面,随后利用催化作用降低多硫化锂反应过程中的转化势垒,从而增强了锂硫电池的电化学反应动力学过程。此外,循环过程中形成的具有更大尺寸的FeSx物质不仅极易被隔膜阻挡在正极一侧,从而进一步抑制了多硫化物的穿梭,而且能够可逆地参与到S8、多硫化锂和Li2S活性物质之间的氧化还原反应,从而显著提升了硫活性物质的利用率。因此,利用FeCFeOC/S作为正极材料和FeCFeOC为隔膜阻挡层材料组装成的FeCFeOC/S-FeCFeOC锂硫电池展现出了优异的电化学性能:在1.0 C电流密度下循环500圈后比容量为748 mAh g-1;在3.0 C电流密度下能够稳定循环1000圈,平均每圈容量衰减率仅为0.036%;当电流密度达到5.0C时,其比容量仍达到659 mAh g-1,表现了较好的倍率性能。（3）利用简单的共沉淀-气相磷化两步法将CoP嵌入到多孔碳球中制备了一种3D球状CoP@C复合材料,并将其作为修饰层包覆在PP隔膜。磷化过程使得CoP纳米颗粒表面形成更多的活性位点,不仅能够提供更强的化学亲和力以锚定多硫化锂,而且能够提高Li+传递能力,有效降低多硫化锂的转化势垒,从而加快锂硫电池的电化学反应动力学行为。此外,CoP@C阻挡层有利于增加脱离正极的多硫化锂的电子接触,促使它们更容易获得电子再次参与到锂硫电池的氧化还原反应中,进而有效地减少了硫活性物质的损失。因此,以CoP@C-PP隔膜组装的锂硫电池展现出优异的电化学性能:在0.2 C下的初始比容量高达1213 mAh g-1;在1.0 C电流密度下循环800圈后容量保持率仍达到53.4%,即每次循环的衰减率仅为0.058%;在5.0 C的电流密度下循环的比容量高达654 mAh g-1。