社会的发展和全球气候变暖使人们迫切需要清洁的可再生能源。高比容量、高能量密度、长期稳定循环和低成本的二次电池可作为储能设施扩展清洁能源的使用场景。锂硫电池具有高理论放电比容量(1675 m Ah g–1)、高能量密度(2600 Wh kg–1)和低廉价格等优势,有望成为下一代新能源存储系统的基石。然而锂硫电池存在的多硫化锂穿梭、硫活性物质的绝缘特性以及多硫化锂之间转化缓慢等问题影响其稳定性和安全性,进而限制其商业化应用。本学位论文针对商业隔膜电解液浸润性较差以及锂硫电池多硫化物穿梭等方面问题,围绕聚丙烯腈碳纤维夹层展开研究,设计两种基于聚丙烯腈的改性碳纤维夹层并研究夹层对锂硫电池性能的影响。本文主要研究内容及结果如下:（1）采用氢氧化钠和乙二胺分别对静电纺丝制得的聚丙烯腈纳米纤维膜进行改性,并通过浸泡吸附的方法引入镍金属离子,经高温碳化得到附着有镍纳米颗粒的碳纤维夹层,研究碳纤维夹层的组成、结构及微观形貌。结果表明,改性后的纤维有助于电解液浸润。掺杂氮的碳纤维且能与镍纳米颗粒协同吸附多硫化物。乙二胺改性能提高聚丙烯腈基碳纤维的氮含量,其阻隔多硫化物穿梭的能力优于用氢氧化钠碱性水解改性得到的聚丙烯腈基碳纤维。（2）将改性后的碳纤维夹层组装锂硫电池,并与商业聚烯烃隔膜和未改性碳纤维夹层组装的锂硫电池进行性能比较。结果显示,组装有乙二胺改性聚丙烯腈基碳纤维夹层和氢氧化钠改性聚丙烯腈基碳纤维夹层的电池具有更高的初始放电容量(在1 C下分别为952.4 m Ah g–1和930.5 m Ah g–1)和更优异的长期循环性能(循环1000圈后分别为278.9 m Ah g–1和386.8 m Ah g–1,每个周期的容量衰减分别为0.069%和0.059%)。