锂硫电池被誉为是最可能实现更高能量密度的下一代实用型二次电池体系之一。其正极主要存在三个问题:活性物质硫及其嵌锂产物硫化锂绝缘;中间产物多硫离子溶于电解液造成“穿梭”;充放电过程中体积变化大。　　针对这些问题，本论文工作包括研究影响锂硫电池性能的因素，制备正极硫复合材料和设计正极电极结构。　　我们用热处理方法制备了商品多壁碳纳米管/硫复合正极材料，并应用于高盐浓度电解质体系锂硫电池，细致研究了多种因素对锂硫电池性能的影响。得到具有普适性的结论:相比普通铝箔集流体，涂碳铝箔与活性物质硫有良好电接触，能提升电池循环稳定性;相比聚偏氟乙烯和丙烯腈，苯乙烯丁二烯橡胶/羧甲基纤维素钠和海藻酸钠粘结剂与硫正极兼容性较好;高盐浓度电解质SIS-5#有合适的粘度和锂离子迁移数，能改善电池性能;单层聚丙烯隔膜比玻璃纤维更适用于锂硫电池体系。实验中发现含硫量高的碳硫混合物难以通过热处理实现良好复合。　　将喷雾干燥这种成熟的工业二次造粒和快速干燥技术应用于碳硫复合正极材料的制备，得到有纳微结构的毛线球状复合物。选择柯琴黑和多壁碳纳米管作为混合碳载体与硫复合，可避免多壁碳纳米管载硫量较低和柯琴黑成球性差的缺陷，制备出载硫量81wt％的实心核壳结构微球状复合正极材料。硫以薄层形式均匀覆盖在碳表面，提高活性物质利用率:在0.05C倍率下，首周放电容量达到1369mAh/g;三维碳骨架吸附多硫离子，抑制“穿梭效应”;球状多级孔结构，缓冲硫脱嵌锂体积变化，改善循环稳定性:在0.2C倍率下，首周放电容量为1121mAh/g，循环100周容量保持率为80％。除了制备碳硫复合物，喷雾干燥还可制备多级孔碳微球，该微球有良好的球状形貌和丰富的孔洞结构，是比较理想的硫载体。负载70wt％的硫，在0.2C倍率下，首周放电容量为1070mAh/g。　　为了解决锂硫电池电化学性能随着正极活性物质面密度升高而明显恶化的问题，我们提出浆料集流体双造孔技术:利用造孔剂制备多孔活性层并使用多孔集流体。造孔后的电极在保持连续导电网络的基础上，同时具有丰富的分级孔结构。将喷雾干燥制备的载硫量81wt％的碳硫复合材料用该技术涂布成硫面密度为2.5mg/cm2的多孔电极，在0.1C倍率下首周放电容量为1327mAh/g，循环100周容量保持率91％;在0.5C倍率下首周放电容量为872mAh/g，循环250周容量保持率77％。后续，在其他高载硫量(大于85wt％)碳硫复合正极材料的厚电极制备中使用该造孔技术，也能明显提升其电化学性能。这种高载量硫正极的造孔技术可以增强厚电极与电解液的浸润性，增大活性物质反应三相界面，提高硫的利用率并缓冲电极工作过程中的体积变化，极大地改善硫正极的电化学性能，是一种简便有效的提高锂硫电池能量密度的普适性技术。　　此外，水热法也可用于大规模制备碳硫复合正极材料。利用高压水蒸气抑制熔融硫的挥发，制备出载硫量85wt％的柯琴黑/硫复合物。使用造孔技术，在硫面密度2mg/cm2的电极中添加20wt％的造孔剂，其首周容量为1161mAh/g，循环100周后容量保持率81％。面载硫量为6mg/cm2的电极，添加30wt％的造孔剂后循环65周面比容量高于5mAh/cm2。由此可知，通过调节造孔剂的添加量可以明显改善不同载量硫正极的电化学性能。后续，在水热过程中对该柯琴黑/硫复合材料进行原位聚乙烯吡咯烷酮包覆和二氧化钛掺杂，其比容量和电池的循环稳定性都有所提高。因此，水热法的优势在于:无需使用任何有机试剂，绿色环保;碳硫复合物的振实密度高;便于实现碳硫材料的原位包覆或掺杂。　　最后，对锂-多硫离子溶液电池和固态锂硫电池这两种新型锂硫电池进行了初步探索。在锂-多硫离子溶液电池中发现向乙二醇二甲醚中添加1，3-二氧环戊烷作为共溶剂，可以一定程度保护金属锂负极提高电池循环性，但效果不如添加硝酸锂明显。用多硫化钠溶液组装半液流电池，发现多硫化钠与多硫化锂放电行为相似。钠盐低成本、在有机溶剂中溶解度高，有一定的研究价值。固态锂硫电池研究中，将硫复合正极与离子液体N-甲基丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺混合，得到牙膏状的正极粘浆，涂覆在NASICON结构的Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3固态电解质上，用金属锂作为负极组装固态锂硫电池，在75℃下可正常工作。但由于离子液体与硫和导电剂均匀混合有难度，正极硫负载量较低，有待进一步提升。