锂硫电池因具有较高的理论能量密度和较低的成本,被认为是最有前途的可充电电池体系之一。然而,锂硫电池的实际应用受到多硫化物溶解和硫绝缘等问题的严重限制。因此,本课题研究了一种解决锂硫电池问题的新策略,主要以以下内容展开:首先,本文结合锂硫电池碳/硫复合材料的研究现状,发现碳球材料具有良好导电性、尺寸可调性及大孔面积等优点,可作为硫正极良好的宿主材料。并简述实验中所需的试剂和仪器及在研究过程中所需要的表征手段和测试方法。然后,设计和合成了一种钴、氮掺杂的空心碳球（Co,N@CPDA-HCS）,其外壳碳具有高导电性并容纳硫单质。在这种独特的材料结构中,高导电外壳碳可以提供一个电子快速传输的通道并具有良好的结构稳定性,氮碳结合的材料特性有利于多硫化物的吸附,均匀嵌入碳壳内的超细Co纳米粒子通过强的化学反应加速了多硫化物的转化动力学,此外,该空心结构为充放电过程中硫的体积变化提供了缓冲空间,从而使硫正极具有良好的循环稳定性。Co在比容量、倍率能力和循环稳定性方面表现出了良好的电化学性能。具体来说,S/Co,N@CPDA-HCS在0.1 A g^-1时初始放电比容量为1365 m Ah g^-1。在1 A g^-1的电流密度下,300次循环后仍保持有588 m Ah g^-1的放电比容量。另外,研究了Fe₃O₄与氮共掺杂空心碳球框架（S/Fe₃O₄-NC）作为锂硫电池的高效硫载体。在这种独特的空心碳球框架中,发现极性Fe₃O₄纳米颗粒和氮碳的强烈化学相互作用固定了活性物质,抑制多硫化物中间体的扩散,并促进电子/离子的快速传输。而且,空心碳球提高了材料电导率,并用作缓冲层适应充电/放电时的体积变化。凭借这一优势,S/Fe₃O₄-NC正极展现出高的初始放电容量(0.1 A g^-1时1461 m Ah g^-1),优异的倍率性能(2 A g^-1时636 m Ah g^-1)和长循环稳定性(仅在1 A g^-1下进行500次循环后,每个循环的容量衰减为0.08%)。最后对本论文中所做的工作进行总结,并对锂硫电池空心碳球复合正极材料今后的发展进行展望。