锂硫二次电池的正极理论比容量为1675mAh/g，理论比能量为2600Wh/Kg，远高于现阶段所使用的商业化二次电池。并且，单质硫储量丰富，环境友好，因此锂硫二次电池有很高的商业价值，是非常有前景的下一代电化学储能装置，得到了广泛的关注。然而，单质硫和Li2S都是电子和锂离子的绝缘体，导致锂硫电池中活性物质硫的利用率不高。此外，锂硫电池在充放电过程中产生的多硫化锂易溶于有机电解液，并产生穿梭效应，造成正极的活性物质逐渐减少，负极的金属锂不断被腐蚀，同时电池内阻增加，最终导致电池的循环性能迅速衰减。　　本课题以锂硫电池的正极设计及电极/电解质界面为研究对象，从正极材料结构设计及抑制（或消除）多硫化物的溶解的角度出发，制备多组分正极材料、功能性隔膜以及设计基于无机固体电解质的新型锂硫电池，从而抑制或完全消除多硫化物的溶解造成的穿梭效应。具体的研究内容如下:　　(1)硫正极微结构的设计。采用两步热处理的方法，通过控制反应条件，使复合材料科琴黑/硫(KB/S)中的部分S与聚丙烯腈（PAN）反应得到硫化聚丙烯腈(SPAN)，获得多组分硫正极材料KB/S/SPAN。硫化聚丙烯腈本身具有良好的导电性，且聚丙烯睛脱氢环化后产生了氮的活性基团，吡咯型氮和吡啶型氮，限制了多硫化锂向电解液中的过度溶解。在提高了复合材料导电性的同时提高对活性物质的吸附能力。结果表明，电池的充放电库伦效率及循环性能都得到了明显的提升。多组分硫正极材料在0.1C倍率下，循环200次后容量保持在600mAh/g。　　(2)功能性隔膜的设计。在商用的聚合物隔膜(PP/PE/PP)表面涂布电子-离子混合导电层，这种混合导电层既提高了活性物质的利用率又抑制了多硫化锂的穿梭效应，降低自放电容量损失，提高容量保持率，锂硫电池的放电比容量及倍率性能都得到提升。采用Celgard-AB&CNT&LAGP隔膜的锂硫电池在0.5 C倍率下循环150次后放电比容量维持在830 mA h/g。采用EIS阻抗谱及XPS等表征手段对容量及循环性能的提升机理进行了分析，结果证明固体电解质LAGP降低了电池在放电过程中的阻抗并对多硫化锂的转化具有催化作用。　　(3)新型锂硫电池的设计。组装基于无机固体电解质LAGP的锂硫电池，彻底消除锂硫电池中多硫化物的穿梭效应。包括以下三个方面的工作:　　(i)采用LAGP作为锂硫电池的隔膜，制备了混合电解质Li-S电池，消除了穿梭效应。电池的充放电的库伦效率达到100％，活性物质的利用率达到91.2％，在0.05C、0.2 C和0.5 C倍率下的首次放电比容量分别为1528、1386和1341mAh/g。此外，在固体电解质LAGP靠近硫正极的表面涂覆导电碳层，提供活性物质进行电化学反应的第二集流体，同时提高电解液与LAGP之间的润湿性，电池的倍率特性及循环可逆性能均有明显的提升。在室温0.2 C倍率条件下，锂硫电池首次放电比容量为1409mAh/g，循环50次后放电比容量维持在1000mAh/g。　　(ii)采用凝胶电解质改善电极与固体电解质之间的界面接触，制备GPE/LAGP/GPE结构的多层电解质体系。PEO基凝胶电解质避免了电解液的干涸，保持界面接触的稳定性。电池表现出了良好的电化学性能，库伦效率维持在100％，且不存在自放电现象，实现了电池的长循环性能。电池在0.5 C倍率下首次放电比容量为725 mA h/g，循环300次后容量仍维持在700 mA h/g。　　(iii)设计无机固体电解质与电极之间的界面缓冲层，组装了相应的固态锂硫电池。采用PEO基有机聚合物电解质界面缓冲层，实现了电极与电解质之间良好的界面接触。固态锂硫电池中不存在穿梭效应，且金属锂枝晶的生长被抑制，电池在经历40次充放电循环后，负极的结构仍保持完整。XPS证明正极与电解质之间的界面在电池循环过程中保持稳定。电池在0.05 C倍率下充放电，在经历活化过程后获得了1050mAh/g的稳定循环比容量，并且电池的库伦效率维持在100％。