锂硫（Li-S）电池是最具有应用潜力的下一代二次电池体系之一,其理论比能量密度高达2600 Wh kg-1。然而硫正极存在的诸多问题,严重阻碍了 Li-S电池的实际应用。这些问题主要包括:（1）单质硫和放电产物硫化锂的绝缘性降低了活性物质的利用率;（2）充放电过程中硫显著的体积变化导致了电极粉碎以及活性物质的脱落;（3）充放电中间产物多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应造成的电池容量下降。近年来,研究者们提出了载硫客体材料的概念,能有效改善电池的放电比容量和循环稳定性,但硫正极的硫含量和面积硫载量还有待提升。本文从结构设计和化学修饰两个方面对碳基载硫材料进行研究,获得了性能优异的自支撑结构硫/碳复合正极。主要研究内容和研究结果如下:（1）通过静电纺丝法结合化学气相沉积（CVD）合成了表面生长垂直类石墨烯纳米片的碳纤维膜（CNF@G）。CNF@G材料兼具一维纤维的长程导电、二维纳米片高比表面积以及三维多孔材料的结构优势,富含大量介孔孔道。（2）S/CNF@G复合材料作为自支撑硫正极（面积硫载量为4 mg cm-2）在1C循环300圈之后容量约为633 mAh g-1,电池在4 C倍率下可逆容量为630 mAh g-1。S/CNF@G良好的循环和倍率性能主要可以归结于:（a）S/CNF@G分级结构中的二维类石墨烯纳米片的高比表面积和高孔体积,使得活性物质能够均匀分布在其内部孔道中,提高了硫的利用率;（b）良好的三维导电网络提高了电极整体导电性,在改善传质传荷的同时能够作为物理屏障减少多硫化物的穿梭效应。（3）在CNF@G纤维上引入磷化钴构建自支撑正极S/CNF@G-CoP。该电极除了具有S/CNF@G本身的优势外,磷化钴的引入大大提高了多硫化物转化的效率。对称电池测试证明了 CoP在Li-S电池中的电催化特性可以有效加速Li-S电池的电化学反应动力学。因此,S/CNF@G-CoP复合电极表现出更为优异的电化学性能。在67wt%的电极硫含量和4 mg cm-2的面积硫载量条件下,0.2 C循环50圈之后,S/CNF@G-CoP正极容量能保持约1024 mAh g-1,1 C长循环500圈后比容量仍有848 mAhg-1,此外,S/CNF@G-CoP正极还具有优异的倍率性能,4 C下可逆容量为820 mAh g-1。