随着电动汽车和智能电子产业的发展,传统的锂离子电池越来越难以满足人们对高能量储能体系的迫切需求。锂硫电池的理论比容量高达1675 m Ah g^-1,理论能量密度达到2500 Wh kg^-1,远远高于目前的商业化锂离子电池,且锂硫电池的正极材料硫资源丰富且环境友好,因此,锂硫电池被视为最有潜力的下一代储能技术。但是,锂硫电池中也存在着诸多固有缺陷,如:正极单质硫和放电产物硫化锂的导电性较差;反应过程中伴随着较大的体积变化;充放电中间产物可溶性多硫化锂的“穿梭效应”等。因此,本文基于含钛碳纤维材料,进行了一系列的纳米结构设计,通过结构调控,制备了两种新颖的锂硫电池自支撑正极,并研究了其电化学性能。本文的主要研究内容和结论如下:1.以氧化钛碳纤维复合材料为基底（TiO₂-CNFs）,使用模板法在每一根纤维上原位引入氮化钛层和碳层,从而构筑了一种具有蛋黄-蛋壳（yolk-shell）结构的TiO₂-CNFs@void@Ti N@C自支撑纤维膜。通过改进的熔融扩散法,可以将单质硫渗入到TiO₂-CNFs纤维与Ti N@C壳层之间的空腔中,从而得到具有高硫含量的TiO₂-CNFs@void@Ti N@C/S自支撑正极。在这种复合正极中,表面Ti N@C壳层不但可以与碳纤维基体构成双层导电结构改善材料的导电性,协同Ti N的催化性能促进锂硫反应的动力学过程,而且可以作为拦截多硫化锂的物理屏障,有效防止多硫化锂的溢出;较大的比表面积和中空空间为硫提供了丰富的活性点位和反应空间,可以有效的缓冲锂硫反应过程中的体积膨胀;芯层的TiO₂纳米颗粒可以有效吸附多硫化锂,抑制“穿梭效应”。因此,这种TiO₂-CNFs@void@Ti N@C/S复合正极表现出了优异的电化学性能:在1 C电流密度下,在经过了1000周的充放电循环后,仍然有高达675.8 m Ah g^-1的放电比容量,平均每周的衰减率仅为0.054%。除此之外,在硫的面负载量为3.6,6.2和9.5 mg cm^-2时,在经过100周循环后,电极的可逆比容量分别可达987.5,868.7,和668.5 m Ah g^-1。2.本工作采用了成本低廉且工艺简单的静电纺丝技术,一步合成了具有多孔结构的一氧化钛碳纤维（TiO-CNFs）复合材料,并通过与普通碳纤维材料对比讨论了这一多孔纤维结构的形成过程。通过简单的涂覆工艺将含硫正极浆料涂覆于TiO-CNFs纤维膜表面即可制备出TiO-CNFs/S自支撑正极。相对于涂覆于铝箔的普通锂硫正极,该TiO-CNFs/S自支撑正极具有以下显著优点:（1）TiO-CNFs纤维膜的质量远小于普通铝箔,极大的提高了全电极中的能量密度;（2）高导电的碳纤维网络增强了电极的导电性,有利于锂硫反应过程中的电荷传递;（3）较大的比表面积和多孔碳纤维骨架能够为锂硫电池中的电化学提供充足的反应空间;（4）对多硫化锂有强吸附和强催化能力的纳米TiO颗粒能够将多硫化锂吸附到碳纤维的孔洞中,并加速多硫化锂在其表面的转化过程。因此,这种多孔TiO-CNFs/S复合正极表现出了优异的电化学性能:在0.1 C,0.2 C,0.5 C,1 C,2 C和5 C的电流密度下的可逆比容量分别达到1136.8,1105.3,1011.8,926.9,825.5和675 m Ah g^-1;在1 C倍率下循环500周后,可逆放电比容量仍有754.3 m Ah g^-1,表现出了超高的容量保持率。