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凭借极高的理论能量密度和低廉的成本,锂硫电池被认为是最具发展前景的下一代二次电池之一。在诸多硫材料中,硫化聚丙烯腈（S@pPAN）复合材料由于其特殊的结构备受关注。然而,该锂硫体系仍然存在着一些问题:（1）金属锂负极/电解液界面不稳定,在循环过程中库伦效率低下,较易产生枝晶并由此引发安全性问题;（2）S@pPAN材料的硫含量通常小于50 wt.%,过高的硫含量会造成正极容量的快速衰减。为解决以上问题,本文利用聚丙烯腈为基本原料制备了锂硫电池关键材料,从锂负极保护隔层,功能性粘结剂和聚丙烯腈基凝胶电解质三个方面改善全电池的电化学性能。具体研究成果如下:在金属锂负极保护方面,通过静电纺丝技术制备了一种AlF3修饰的热裂解PAN（AlF3@CNFs）碳纤维隔层,并分别探讨了煅烧温度和AlF3含量对隔层形貌、电阻率和电化学性能的影响。研究结果表明,柔性碳隔层可诱导Li+可控规则沉积。其中,AlF3减小了金属锂的成核过电位,CNFs具备高达47 GPa的杨氏模量,能有效抑制锂枝晶生长。在这种隔层的保护下,电极在碳酸酯类电解液中获得了高达97.2%的锂沉积-溶出库伦效率,且稳定循环时长超过900 h。此外,在以S@pPAN为正极的全电池中循环500圈后的容量保持率高达99.0%,表现出了极佳的循环性能。在硫正极改性方面,制备了海藻酸钠和铜离子交联的功能性粘结剂（SA-Cu）用于高硫含量S@pPAN正极,并探讨了粘结剂中Cu含量对硫正极表面形貌和电化学性能的影响。SEM和XPS分析表明SA-Cu能长期保持电极结构稳定,有助于在硫材料表面形成稳定的SEI膜,避免电极界面发生不可逆副反应;且铜离子还能起到固定硫和多硫化物的作用,显著改善了高硫含量S@pPAN材料的循环和倍率性能。1C时,在碳酸酯类电解液中循环1000圈后,S@pPAN/SA-Cu0.1（硫含量52.6 wt.%）正极容量保持率可达73.7%,远高于使用传统粘结剂聚偏氟乙烯和羰基-β-环糊精时。同时,该电极在醚类电解液中也具有最佳的循环稳定性和倍率性能。此外,还对SA-Ni和SA-Co粘结剂在高硫含量S@pPAN中的电化学性能进行了初步探究。在凝胶电解质改性方面,通过静电纺丝技术制备的AlF3@PAN凝胶电解质能增强聚丙烯腈基电解质与锂负极的兼容性,且在AlF3添加量为20 wt.%时,电解质吸液率和电化学稳定窗口最高。组装了以20%AlF3@CNFs为锂负极保护层,20%AlF3@PAN为凝胶电解质,S@pPAN/SA-Cu0.1为正极的半固态聚丙烯腈基锂硫全电池,界面兼容性良好,大电流长循环性能十分优异。