目前商业化的锂离子电池能量密度已快接近极限,但是仍然不能满足社会快速发展的需求。而锂硫电池是非常有潜力的下一代储能电池体系之一,其理论能量密度是锂离子电池的5倍,并且硫具有低成本和环境友好的优势。然而,实际上锂硫电池的开发受到一些关键问题的阻碍,特别是多硫化物的溶解,这会导致容量衰减快,库仑效率低。此外,硫的导电性差导致其利用率较低。本文研究多壁碳纳米管和氧化石墨烯在锂硫电池中电化学性能,并通过改性处理来提升其循环稳定性。然后利用沥青制备多孔碳,再将二氧化铈与多孔碳复合,获得循环稳定性较好的硫正极。从材料吸附角度出发,采取一种温和的氧化法制备了氧化的碳纳米管。与碳纳米管相比,氧化的碳纳米管的导电性会有所下降,但是增加了孔容和掺入氧元素。较大的孔容可以形成较强的物理吸附,而掺入的氧元素可以作为极性位点与多硫化物形成化学吸附。结合物理和化学吸附,氧化的碳纳米管在小倍率下具有较好的循环稳定性。另外,使用还原的氧化石墨烯为碳载体,通过水热法将二硫化钼与还原的氧化石墨烯复合,该复合材料对多硫化物具有吸附与催化作用,利用其制备的锂硫电池具有较小的极化现象和电荷转移阻抗。通过前期实验过程的探索,发现将极性化合物与碳材料复合可以有效提升电池的循环稳定性。设计合理的结构,以期获得较大载硫量的正极材料。采用廉价的沥青作为碳源,氢氧化钾作为活化剂制备出大比表面积的多孔碳,这种多孔碳具有发达的孔隙结构,能容纳较大的硫负载量。在此多孔碳基础上,利用液相浸渍法将纳米二氧化铈负载在多孔碳中来改善锂硫电池的循环稳定性。二硫化钼、二氧化铈的加入能明显改善锂硫电池的循环稳定性能。利用沥青作为碳源制备多孔碳具有很大成本优势,再通过后期处理,可以大规模应用于锂硫电池。而氧化的碳纳米管在小电流密度下循环性能较好,未来可用作锂硫电池的导电添加剂。