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随着世界人口的持续增长、经济的迅猛发展以及科技的日新月异,人类社会对能源的需求可谓成爆发性增加。在开发替代传统不可再生化石燃料的清洁能源的同时,亟需开发相应的高性能、安全、长寿命存储体系。金属锂具有极高的理论比容量(3860 m Ah·g-1)、最低的电极电势（相对于标准氢电极为-3.04 V）以及最轻的质量(0.534 g·cm-3)。以金属锂为负极,硫为正极的锂硫电池以极高的理论比容量(1672 m Ah·g-1)和能量密度(2567 Wh·kg-1和2780 Wh·L-1)、环境友好和价格低廉等优势,有望替代已触及其能量密度天花板的锂离子电池成为下一代能源存储系统。然而,锂硫电池的实际应用仍受到诸多问题的制约,其中最为严峻的是金属锂负极在充放电过程中锂枝晶的生长和硫的电化学反应中间产物多硫化锂（Lithium Polysulfides,LiPS,其化学表达是Li2Sn,4≤n≤8）的穿梭效应导致电池严重安全隐患以及循环性能差等问题。鉴于MXenes材料在锂电池领域得到了广泛研究,本文基于Ti3C2Tx材料,设计制备了无锂枝晶生长的Li/LTO/Ti3C2/Cu锂金属负极、可对多硫化锂化学锚定的Ti3C2@CF-S正极以及有效抑制多硫化锂穿梭的TiO2/Ti3C2硫正极载体材料,重点探索以上电极材料的结构组成对锂硫电池电化学性能的影响,并分别研究对锂金属负极锂枝晶生长抑制和对多硫化锂的吸附锚定机理。本文提出的三种电极材料对高性能锂硫电池的实际应用具有一定的启发意义,取得了如下研究成果:（1）提出Li沉积入亲锂的LTO/Ti3C2/Cu复合电极的方法,获得无锂枝晶生长的锂金属负极。Ti3C2Tx和Li4Ti5O12（LTO）材料一直以来因为有着本质的优越性而在锂离子电池负极材料当中应用。Ti3C2Tx具有适合的层状结构和高电导率,可为锂离子的稳定贮存提供嵌入脱出的空间。LTO因在锂离子嵌入脱出过程中有着零应变的优势而使电极具有良好的可逆性和结构稳定性。为了有效利用Ti3C2Tx和LTO的本质优点,采用由亲锂的LTO和片层结构的Ti3C2组成的LTO/Ti3C2/Cu复合电极作为锂金属的电化学沉积载体。在锂沉积的过程中,Ti3C2为Li+的沉积提供了片层空间。由于亲锂的特性,生长在Ti3C2表面的LTO可以诱导锂均匀成核并沉积。并且较高比表面积的导电结构对锂离子强烈的吸附可以形成均匀稳定的微观电场。这些优势都可以从根本上抑制锂枝晶的生长和死锂的形成,并提高锂的利用率,进而得到安全、稳定、长寿命的锂金属负极。由LTO/Ti3C2/Cu装配的锂对称电池可稳定循环2000 h,库伦效率也能保持在100%左右。以Li/LTO/Ti3C2/Cu为负极的磷酸铁锂电池在0.2 C条件下首周放电153.6 m Ah·g-1,循环200周之后还有71%的比容量,在5 C条件下稳定循环500周,其衰减率低至0.08%。以Li/LTO/Ti3C2/Cu为负极的锂硫电池在0.5 C条件下稳定循环1000周之后其库伦效率仍然能保持99.46%,每周比容量衰减率低至0.06%。（2）基于Ti3C2Tx与LiPS强相互作用,将29.4 wt%二维Ti3C2纳米片包裹在单根直径约为10μm的碳布纤维（CF）上得到比表面积高达580.4 m2·g-1的Ti3C2@CF电极,成功避免了二维Ti3C2纳米片的重新垛叠进而增加了电极材料的比表面积。极性的二维Ti3C2纳米片可对多硫化锂产生强烈的化学吸附形成Ti-S键进而抑制其溶解于电解液中发生穿梭效应。CF的三维骨架提供丰富的数十微米大孔可为硫锂化为硫化锂导致的巨大体积膨胀提供缓冲空间,并且柔性的二维Ti3C2纳米片的包裹增强了CF的延展性使其能承受硫化锂体积膨胀带来的形变应力,从而成功避免电极在充放电过程中结构粉化崩溃。Ti3C2@CF电极的高导电性为电子的传输提供高速的通道。最终得到高硫负载,可大电流稳定循环,长寿命的锂硫电池正极。Ti3C2@CF-S正极的硫负载量达到4 mg·cm-2,0.5 C的初始比容量高达1175.2 m Ah·g‐1,1 C的电流条件下1000次充放电循环后其容量为626.0m Ah·g-1。提高Ti3C2@CF-S正极的硫载量至12 mg·cm-2可获得高达14.7 m Ah·cm-2的面积比容量。为锂硫电池正极材料提供了一个先进合理的设计路线以实现高性能的锂硫电池。（3）为了克服引入碳布的技术障碍,尝试对Ti3Al C2刻蚀成多层的Ti3C2T表面氧化得到可与LiPS形成强相互作用的TiO2/Ti3C2,达到抑制LiPS穿梭效应的目的。研究表明:随着TiO2的含量增加,TiO2/Ti3C2的比表面积上升,其装配的TiO2/Ti3C2-S正极的内阻变大,初始比容量降低,循环性能趋于稳定。TiO2/Ti3C2-3-S正极在0.5 C的条件下初始放电1277.4 m Ah·g-1,循环500周之后放电比容量还能保持42.36%,其衰减率为0.12%。