自从第二次工业革命以后,电力开始广泛应用于各种工业生产领域,人类进入了电气时代。在过去的几十年中,人们对更加高效和清洁的能源越来越青睐,同时对储能设备的要求也越来越高。在现阶段所有的二次电池中,锂离子电池是目前商业化最成功的,其具有性能安全、绿色环保、价格便宜和制作工艺成熟等特点。但是商业化锂离子电池的能量密度有限,只能达到～200 Wh kg-1,这已经很难满足现阶段各种电子设备的需求,人们迫切的需要一种具有高理论比容量的新一代电池系统。自从上个世纪以来,锂硫电池以其可观的能量密度(2600 Wh kg-1)、宽的工作温度（-30至60℃）和更加低廉的成本等优点广受国内外科研人员的关注。虽然锂硫电池拥有诸多优点,但是其本身凸显的问题也一直在阻挡锂硫电池的商业化进程:（I）硫单质在自然条件下的密度为2.07 g cm-3,但是充放电的最终产物Li2S的密度却为1.66 g cm-3,这种密度差会使得正极发生较大的体积变化,使得材料的微观结构发生坍塌和破碎,最终大大削弱材料的固硫能力。（II）硫单质在通常情况下是以S8分子的形式存在,其反应过程中需要打开硫的环状分子结构。并且硫在常温下的电导率仅为5*10-28 S m-1,属于绝缘体。除开硫单质本身,在反应过程中产生的Li2Sx（x＜4）的化学动力学也较为缓慢。因此降低了锂硫电池的倍率性能。（III）在充放电循环的过程中会产生易溶的多硫化锂（Li2Sx,4≤x≤8）,在浓度梯度的作用下,它很容易扩散到负极,并且在正负极沉积反应生成难溶的Li2Sx（x＜4）,钝化正负极活性物质,严重影响电极反应。导致容量损失,库伦效率下降,产生严重的“穿梭效应”。针对以上的问题,在现阶段的正极材料设计上,研究者最常用的手段是构建一个兼顾固硫和提升导电性的复合材料来作为硫的载体。通过合理的设计,在导电材料上进行修饰,不仅能有效的提供极性活性位点,还能增强其催化性能,从而提高电池的氧化还原反应效率。在本文中,我们针对性的设计了两种单金属复合材料来作为硫载体,并且通过设计导电材料的结构和形貌,来解决锂硫电池中硫导电性差、体积膨胀和“穿梭效应”等问题。从而提升电池的循环稳定性,达到加速其商业化的目的。主要的研究内容如下:（1）钌金属团簇负载在氮掺杂中空介孔碳球上复合材料（Ru@N-HPCSs）的设计合成及其锂硫电池性能研究首先运用模板法在二氧化硅球表面包覆一层前驱体,在进行高温煅烧和刻蚀以后得到规整的氮掺杂的多孔中空碳球,随后加入氯化钌盐溶液做为金属源,在氢氩混合气氛围的高温煅烧下得到目标产物。之后我们通过XRD和XPS等测试,验证我们成功制备了Ru@N-HPCSs复合材料。再通过SEM和TEM对复合材料的微观形貌以及结构进行分析。与预期一样,Ru@N-HPCSs复合材料具有中空结构,可以用来储存单质硫,并且在二次煅烧以后,形貌没有发生较大的变化,说明其有着稳定的结构可以缓解充放电过程中带来的体积变化问题。碳球表面有着大量的钌金属团簇,可以有效地吸附多硫化锂,并且降低多硫化锂的反应能垒,加快反应速率,从而达到抑制“穿梭效应”的目的。基于以上优点,Ru@N-HPCSs/S正极在5 C高倍率下,初始的放电比容量可以达到1133 m Ah g-1,循环500圈以后容量稳定在了673 m Ah g-1,容量保持率达到了59.4%。（2）钴@碳化钒双金属团簇负载在氮掺杂碳纳米壳上复合材料（Co@VC@GCNs）的设计合成及其锂硫电池性能研究通过两步煅烧法制备了Co@VC@GCNs复合材料。首先在室温下制备中空的ZIF-67,然后在氢氩混合气的氛围下碳化得到负载钴金属的石墨碳纳米壳,随后将Co@GCNs和氯化钒溶液混合搅拌干燥并进行高温煅烧,得到Co@VC@GCNs。随后通过XRD、XPS、BET、SEM和TEM等测试手段对复合材料进行表征和分析,我们成功合成了Co@VC@GCNs复合材料。其中Co单金属团簇和VC具有一定的协同作用可以有效地吸附多硫化锂并且加速其催化转化,从而达到削弱“穿梭效应”,提高电池循环稳定性的目的。同时碳化以后的ZIF-67留下的碳骨架不仅可以作为电子穿梭的通路,提高材料导电性,其内部的中空结构也可以有效缓解体积变化带来的负面效应。基于以上优势,Co@VC@GCNs在电化学性能方面有着优秀的表现。在1 C的高倍率循环下,初始的放电比容量达到了1341 m Ah g-1。在经历500圈的充放电循环以后,容量依旧还有689 m Ah g-1,容量保持率达到了51.4%。