为了满足全球电子市场的需求,开发高能量密度、低成本的储能技术势在必行。锂硫电池被认为是最有可能取代锂离子电池的新型储能设备之一,因为它具有高理论比容量(1675 m Ah g-1)和能量密度(2600 Wh kg-1)。然而,硫正极仍然存在硫与Li2S2/Li2S的导电性差、多硫化锂的穿梭效应以及多硫化锂转化缓慢等问题。同时,硫正极在电池反应过程中较大的体积变化也阻碍了锂硫电池性能的提高。为了解决以上问题,本文从过渡金属复合材料的设计和制备以及在锂硫电池中的应用方面展开相关的实验研究,主要研究内容如下:1.采用电纺技术与碳热还原技术相结合的方法,制备了Mo2C@CNF复合材料。原位生长在碳纳米纤维表面的Mo2C具有较好的导电性并且可以促进多硫化锂的转化与吸附。碳纤维基底可以提供良好的导电性并形成三维网络结构,提升材料整体的性能。将其作为锂硫电池正极载体材料时,0.1 C循环100圈后,容量仍有706m Ah g-1,平均衰减率仅为0.37%。2.采用电纺技术与热处理技术结合的方法,制备了Co3O4@CNF复合材料与一种自支撑的Mn O/Co-CNT@CNF中间层。Co3O4是一种对多硫化锂具有强化学吸附的物质,将其负载在三维多孔的碳纤维基底上,可以结合两者的优势,同时对多硫化锂进行物理限制和化学吸附。用于锂硫电池正极时,在0.1 C的电流密度下每个循环的平均衰减率为0.61%。但因其对多硫化锂转化没有催化作用且导电性不理想,导致较差的循环性能,所以进一步制备了一种自支撑的Mn O/Co-CNT@CNF中间层材料。作为基底的碳纳米纤维与原位生长在其上的碳纳米管形成三维网络结构,为电子和离子的传输提供快速传输通道。同时复合材料中的Mn O和Co可以对多硫化锂进行吸附和催化。所组装的锂硫电池得益于复合中间层材料各个组份的配合,拥有了优异的循环和倍率性能,0.2 C循环100圈后,容量仍有1064 m Ah g-1,即使在5 C的高电流密度下仍保持713 m Ah g-1的容量。3.采用电化学沉积技术结合真空热处理的方法,制备了Fe3O4/FexSy复合材料。该方法具有可控性高、操控简单、合成迅速等优点。所合成出的材料可以产生协同作用促进多硫化锂的吸附和转化,并且导电性能良好可以增加多硫化锂的利用率。将其应用于锂硫电池正极,0.5 C循环500圈后,容量仍有454 m Ah g-1,平均衰减率仅为0.067%。