当今时代对于能源的需求超过了以往任何一个时代,电池作为一种传统的供能工具在这一背景下显得尤为重要。锂电池因其比容量高、循环寿命长等特点而受到了广泛的关注。随着电子设备、智能电网、电动汽车的不断发展,对锂电池的性能也提出了更高的要求。如何能够提高锂电池的比容量和能量密度成为了关键问题。锂电池的组成可以划分为两个部分,即活性物质和非活性物质。锂电池能量密度的提高也可以从这两个角度入手。超顺排碳纳米管具有表面干净整洁、排列高度有序、管间作用力强等特点,可直接抽拉成连续的二维薄膜,也可用自组装的方法构筑三维海绵结构。超顺排碳纳米管宏观结构具有优异的电学、力学性能,将其应用到锂电池中可以大幅提升锂电池的能量密度和比容量。本工作在非活性物质方面着眼于导电剂,利用超顺排碳纳米管二维宏观结构—SACNT薄膜构筑了导电功能层,同时设计了三明治型电极结构,极大的减少了传统导电剂Super P在电极中的占比。导电功能层可以为电极提供均匀完整的导电网络,结合Super P短程导电优势,可以保证电极内的电荷传输,避免了因电荷分布不均匀导致的极化。三明治电极结构可使电极厚度不受限制,保证每个电极层的活性物质都处于相同的电荷输运环境。三明治型电极显著的提高了电极的电化学性能,降低了导电剂的添加量使得电极整体的能量密度大幅提高。三明治结构电极对于不同的活性物质材料均适用。在活性物质方面,选用新型的电极材料-硫作为研究对象。含硫电极的理论能量密度和比容量极高,但其未能在实际中广泛应用主要是S电极及其放电产物电导率极低,多硫化物的穿梭效应,体积膨胀等原因所致。在SACNT薄膜上负载MoS₂纳米层构筑了MoS₂/CNT复合中间功能层,有效的抑制了多硫化物的溶解和扩散,为Li₂S的沉积提供了高效的界面,缓解了电极中的自放电效应,提高了电极的电化学性能。此外,在三维SACNT海绵结构上负载硫,实现了硫的高载量。海绵的多孔性可以容纳活性物质使其均匀的分布在介孔中,对多硫化物的穿梭起到抑制作用,同时海绵的超强吸附性也可以避免活性物质的流失,三维的导电网络使电极具有良好的导电性,疏松多孔的结构可以很好的容纳体积变化,提高了电极的电化学性能。