锂硫电池作为一种新型二次储能电池,硫正极比容量高达1675.0 mAh/g,且单质硫价格低廉,环保无毒,受到广泛的研究和关注。尽管锂硫电池拥有以上诸多优点,但是其商业化过程还有许多障碍,包括:单质硫电导率较低、容量衰减快、倍率性能差和多硫化物的穿梭效应等问题。针对锂硫电池正极材料存在的问题,本文以存硫、限硫、固硫的思路,设计、制备并研究了三种不同结构的硫-碳复合材料,具体研究内容如下:(1)制备了空心碳球负载硫(S@CS)复合材料作为锂硫电池正极,通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)以及透射电镜(TEM)等对产物形貌、组成和结构进行了表征。实验结果显示,采用模板法结合化学缩聚法合成形貌均一、单分散的空心碳球,直径约为450 nm,壁厚约为25 nm,采用熔融扩散法得到空心碳球负载硫复合材料,硫的面密度为2.67 mg/cm~2。将所制备复合材料组装成电池进行电化学性能测试,结果表明初始放电容量为1285.0mAh/g,500个循环后容量为756.2 mAh/g。(2)制备了管中管碳纳米结构负载硫(S-TTCN)复合材料作为锂硫电池正极材料。实验结果显示,采用化学法将多壁碳纳米管封装在多孔碳管内,并采用熔融扩散法得到负载硫的管中管碳纳米结构复合材料,且硫的面密度为2.4 mg/cm~2。将制备的正极材料组装成电池进行电化学性能测试,结果表明这种正极材料组装的电池初始放电容量高达1464.7 mAh/g,倍率性能测试时0.5 C的电流下,放电容量能保持581.7 mAh/g。(3)采用真空抽滤法制备了石墨烯-碳纳米管-聚二烯丙基二甲基氯化铵-纳米硫(G-CNT-PDDA-S)复合材料作为锂硫电池柔性正极材料。结果表明,制备的G-CNT-PDDA-S材料能有效改善碳纳米管和石墨烯的团聚与重叠现象,且纳米硫在正极材料中分布均匀,硫的面密度为2.14 mg/cm~2。经过电化学性能的测试,初始放电容量为1280.1 mAh/g,在500个循环中容量保持率为58.8%。