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单质硫作为锂硫电池的电极材料具有很高的理论容量(1675 mAh·g-1)和能量密度(2600 Wh·kg-1),并且资源丰富、价廉、无毒等优势,锂硫电池成了广泛关注的热点。但硫单质本质属性也给锂硫电池的发展带来一些挑战。比如单质硫的绝缘性,多硫离子中间产物的溶解性导致的穿梭效应等问题。为了解决相关问题,从碳材料的制备入手,形成特定的同轴电缆结构的炭气凝胶(CNCA),采用钼氧化物和钼硫化物的原位掺杂进行材料改性。在此基础上采用与硫单质复合形成锂硫电池的正极。论文工作中采用X射线衍分析,X射线电子能谱分析,场发射扫描电镜分析,场发射透射电镜分析,氮气吸脱附分析等多种现代结构分析方法,对材料的组成、形貌、元素价态、孔结构、吸附能力等进行测试和表征,获得材料结构特征和丰富信息。同时采用恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等电化学方法进行测试,获得的碳硫及其掺杂材料电化学性能。结合对材料结构表征和电化学测试,对碳硫复合材料的结构与电化学性能间的关系进行了深入的研究。基于碳纳米管(CNT)引导所制备的炭气凝胶,具有互连特征,呈现出同轴电缆3维网状结构。金属钼化物掺杂的炭气凝胶具有优良的导电性、较高的比表面积和孔容,同时呈现出对硫和多硫化物的有效的固定和吸附作用,可以抑制多硫化物溶解于电解液,有效提高电极材料的循环寿命。结果研究表明,所制得的同轴电缆结构的炭气凝胶作为锂硫电池的正极,具有良好的电化学性能,不仅具有较高的初始容量,而且具有优异的循环性能和优良的倍率性能,同时呈现低的阻抗值。MoS2修饰的同轴电缆3维网状结构炭气凝胶(MoS2-n/CNCA)对多硫化物具有良好的锚牵作用,再加上较高的比表面积、孔容量和导电性能,作为电极材料具有良好的循环稳定性、较高的放电容量、优异的高倍率性能。其中MoS2-8/CNCA/S的在0.2C条件下初始放电容量为1384mAh·g-1,200圈后的容量保持率为83%;在5C条件下的放电容量也高达723 mAh·g-1。以MoO2纳米颗粒均匀的镶嵌在具有同轴电缆3维网状结构碳材料的管壳上制得的MOO2-n/CNCA,具有良好的导电性能和对多硫化物的牵引作用,使MOO2-n/CNCA/S电极材料具有良好的电化学性能,其中M0O2-6/CNCA/S在0.2C条件下初始放电容量为1308 mAh·g-1,200圈后的容量保持率为80%;在5C条件下的放电容量也高达为686 mAh·g-1;以此表现出优异的电化学性能。