随着各种便携式电子设备和电动汽车的广泛使用和不断发展,人们对高能量密度二次电池的需求日益增加,相关技术的研发方兴未艾。由于具有高的理论能量密度(2600 Wh kg-1),锂硫电池成为下一代高能量密度二次电池的选择之一。然而,要实现锂硫电池的产业化应用还面临着诸多亟待解决的问题。硫和硫化锂的导电性差造成电池极化严重、多硫化物溶解和扩散造成电池容量和循环寿命降低、电极材料在反复充放电过程中易坍塌造成电池稳定性下降。本论文以解决上述问题为导向,设计并采用静电纺丝技术制备了几种自支撑碳纳米纤维作为锂硫电池的中间层,研究了这些中间层的电化学性能。主要研究内容和得到的主要结果如下:1.Zn-N共掺杂碳纳米纤维中间层设计了自支撑的相互交联Zn-N共掺杂碳（ZnNC）纳米纤维作为中间层用于锂硫电池。ZnNC纳米纤维具有衍生自ZIF-8纳米颗粒的豌豆状中空结构,形成了大量的俘获、催化多硫化物的反应位点,Zn-N共掺杂进一步增强了ZnNC纳米纤维的吸附和催化活性。ZnNC中间层有效提高了锂硫电池的电化学性能,使得在0.5 C的放电倍率下,具有1198.5 m Ah g-1的高初始容量。在1 C下循环500次后仍具有694.1 m Ah g-1的容量,每一循环的容量衰减率仅0.073%。在6.19mg cm-2的高硫负载下,ZnNC中间层锂硫电池在0.2 C下循环100次仍有754.8m Ah g-1的容量。2.Fe3C@NC纳米纤维中间层设计并制备了自支撑的相互交联Fe3C@NC纳米纤维作为锂硫电池中间层。分散在碳纳米纤维中的Fe3C纳米颗粒用于俘获并催化多硫化物的转化,N原子掺杂提高了碳纳米纤维的导电性,相互交联的纳米纤维网络结构也有助于电解液的渗透和离子传输。Fe3C@NC中间层锂硫电池在0.2 C的放电倍率下具有1403.6m Ah g-1的高初始容量,在1 C下循环500次后仍保持724.4 m Ah g-1的容量,每一循环的容量衰减率仅为0.076%。在4 C的高放电倍率下,电池仍具有682.3 m Ah g-1的高容量,呈现良好的倍率性能。3.FeCo@NC纳米纤维中间层设计并制备了FeCo合金相纳米颗粒负载的N掺杂碳（FeCo@NC）纳米纤维中间层用于锂硫电池,并与α-Co固溶体相纳米颗粒负载的N掺杂碳（α-Co@NC）纳米纤维中间层进行了比较研究。电化学性能测试分析表明,与α-Co@NC中间层相比,FeCo@NC纳米纤维中间层具有更强的电催化活性,并能有效阻挡多硫化锂的扩散,同时对离子的传输和电荷的转移具有更强的促进作用。因此,FeCo@NC中间层锂硫电池呈现更优的倍率性能和更稳定的长循环性能,在4 C的高放电倍率下容量为720.3 m Ah g-1,在1 C下循环600次后容量保持在680.6 m Ah g-1。