锂硫电池凭借1675 m Ah g-1的超高理论容量及对环境友好、储量丰富等优势,被认为是最有潜力的新一代电池体系之一。提高锂硫电池的电化学性能,成功实现电池的实用化是科研工作者的一致目标。在实用化过程中,锂硫电池面临诸多挑战,其中以高负载条件下锂离子传输困难导致的实际容量偏低以及负极侧锂枝晶无规律生长导致的循环下降与安全问题最为突出。一方面,随着负载的增加,正极侧的厚硫电极使得离子传输受阻,造成严重的极化现象,致使锂硫电池的实际容量与能量密度远低于理论值;另一方面,受限于锂离子强溶剂化及界面处电荷的不均匀分布,锂离子沉积方式表现为无规则、尖锐以及容易粉化的特点,严重影响锂硫电池的循环稳定性及使用安全。上述问题发生的根源均在于不规则及不可控的离子运动导致的性能衰减,由此可见,锂硫电池实用化的关键在于使电化学反应中的离子按照研究者设定的路径进行快速传输与均匀沉积,即合理的离子调控是提高锂硫电池电化学性能的关键。因此,本论文通过合理的微纳结构设计与新材料的引入,削弱了锂离子溶剂化对电化学性能的影响,调控了电化学反应中离子的反应速度与分布,实现了锂硫电池电化学性能的优化。通过调控锂离子的传输路径,加速锂离子快速到达反应位点,实现了高负载厚硫化锂正极的高单位容量;通过调控锂离子溶剂化程度以及引入极化电场,成功调控了锂离子通量以其沉积形貌,抑制了锂枝晶的生长,有效提高了锂硫电池的循环性与安全性。具体研究内容如下:（1）为解决传统浆料涂覆法所制备的高负载厚硫电极电解液浸润性差、锂离子扩散受阻,电极极化严重的问题,本文将自愈合三维（3D）打印技术与原位还原硫化锂技术相结合,成功制备了具有自愈合功能的多孔自支撑高负载硫化锂正极（3DP@Li2S）。通过原位烧结工艺,在3D导电碳骨架表面大量生成纳米级Li2S颗粒,3DP@Li2S正极中大量存在的Li2S纳米颗粒/自支撑电极/电解液三相连接位点,为电化学反应中离子与电子的交换提供反应位点;同时,3DP@Li2S正极具有的高比表面积以及多孔结构,确保了高负载厚硫正极下电解液的有效浸润,保证了电化学反应过程中锂离子的快速传输,有效提高了锂硫电池的电化学反应动力学。通过离子调控,实现了在高负载正极的高单位容量,负载为10 mg cm-2的3DP@Li2S电极,面积容量密度高达6.29 m Ah cm-2,电池的单位容量高达629 m Ah g-1。（2）通过静电纺丝工艺在聚丙烯隔膜（PP隔膜）上修饰了具有亲锂性质的锂化蒙脱土层（PP@Li-MMT）,调控了锂离子溶剂化强度,减弱了锂离子和溶剂分子的配位,增加了锂离子与无机盐的配位能力。通过增加固态电解（SEI）膜中无机成分的占比,有效提高了SEI膜的电化学稳定性,促进了锂离子的均匀沉积,有效抑制了锂枝晶的生长。实验结果显示,在电流密度为2 m A cm-2,充放电容量为1m Ah cm-2的测试条件下,基于PP@Li-MMT隔膜的Li||Cu半电池可稳定循环100圈以上,平均每圈库伦效率高达97.5%。此外,得益于静电纺丝技术制备的纳米PVDF丝线,相比于普通隔膜,PP@Li-MMT具备良好的电解液浸润和电解液保持能力,可有效缓解锂硫软包电池循环过程中的电解液消耗。循环测试表明,使用PP@Li-MMT隔膜的锂硫软包电池具有0.46 Ah的初始容量,且在120圈稳定循环后容量依然保持在初始容量的60%,具有优秀的循环稳定性。（3）为解决锂金属负极局部区域电荷集中导致的锂离子通量不均匀问题,改变锂离子在电极界面处的分布,实现锂金属的均匀沉积。本论文制备了表面修饰有铁电陶瓷Bi Fe O3（BFO）颗粒的新型锂硫电池隔膜（PP@BFO）,利用BFO颗粒的极化现象影响电池内部的电场分布,促进电极界面处电荷的均匀分布,从而调控电解液中锂离子通量,促进锂金属的均匀沉积。BFO铁电修饰层的引入减小了电池内部锂离子浓度梯度,实现了锂金属的均匀沉积,提高了电池的界面稳定性和循环性能。实验结果表明,即使在10 m A cm-2的大电流密度下,修饰有BFO铁电层的电池依然可以实现锂金属的均匀沉积,具有均匀且致密的锂沉积层结构形态。Li||Cu半电池在电流密度为1 m A cm-~2,容量为1 m Ah cm-~2的测试条件下循环150圈后依旧具有高达98.7%的库伦效率。此外,即使在低温下,BFO铁电层也可有效的调控锂离子通量。在-10℃的低温环境中,修饰有BFO铁电层Li||Cu电池在电流密度为0.5 m A cm-~2,容量为0.5 m Ah cm-~2的测试条件下,可实现180圈的稳定循环,库伦效率高达95%,具有良好的循环稳定性。