先进便携式电子产品、电动汽车和储能电站的快速发展迫切需要开发高能量密度、长寿命、低成本的二次电池体系。锂硫电池不仅具有高达2600 Wh kg-1的理论比能量,而且作为正极材料的单质硫还具有价格低廉、资源丰富以及环境友好等优点,因此,锂硫电池是下一代二次电池开发的重点。然而,锂硫电池的应用开发遇到了许多问题：首先,单质硫及其放电产物Li2S是电子和离子绝缘体,硫电极的电化学活性极低；其次,硫电极放电中间产物多硫化锂易溶解在有机电解液中,导致活性物质流失和“穿梭效应”,从而引起电池容量的快速衰退和充放电库伦效率的降低；此外,硫电极在充放电过程中巨大的体积变化,还会导致电极机械性能的破坏,加速电池性能的衰退。上述问题严重制约了锂硫二次电池的发展。考虑到一维电极材料的高比表面、高电子导电性,以及在构筑导电网络和缓冲电极体积膨胀方面所具有的本征优势,本论文设计制备了一系列硫/碳复合纤维电极材料,并探讨了其在锂硫电池中的应用。主要内容及研究结果如下：1.采用静电纺丝技术,结合后续加热环化处理制备出硫/碳(S/C)纳米粒子填充的聚丙烯腈(PAN)纤维(表示为C/S/PAN),优化了C/S/PAN纳米纤维的制备条件,包括硫/碳复合物与PAN配比、环化温度等,研究了复合纤维的结构和在碳酸酯电解液中的电化学性能。由于在此纤维材料中,S/C纳米颗粒被均匀分散并嵌埋在PAN纤维结构中,电子和锂离子通过硫化PAN传输到其内部纳米微区,保证了S/C复合材料的高利用率；同时,PAN基质能够有效隔离S/C复合物与电解液的接触,避免硫放电中间产物与碳酸酯电解液之间的副反应,保证了S/C复合材料的电化学稳定性,因此,C/S/PAN纳米复合纤维电极在碳酸酯电解液中表现出高的电化学活性和循环稳定性。在200 mA g1电流密度下,其初始可逆容量为1179 mAh g-1,循环400周后,比容量仍维持在730 mAh g-1以上;即使在3Ag-1和4Ag-1的大电流密度下,纤维电极仍能释放676和616 mAhg1的可逆容量；循环三周后,其库伦效率一直保持在100%。2.以高导电性的气相生长碳纤维(VGCF)为载体,通过化学沉积法制备了VGCF/S复合材料,然后在其表面包覆水溶性的PEDOT:PSS,得到了VGCF/S@PEDOT纳米复合纤维,研究了硫载量、表面活性剂和PEDOT包覆等对复合纤维电极性能的影响。研究表明,PEDOT的表面包覆能够有效提高复合纳米纤维的导电性,抑制可溶性中间产物多硫化锂的溶解流失,因此,复合纤维电极展示出高的比容量、良好的倍率性能和稳定的循环性能。其中,硫含量达70.8%的VGCF/S@PEDOT纳米复合纤维电极,在0.1 C电流密度下循环50周后,其放电比容量仍维持在892 mAh g-1(以复合材料整体质量计算)；在1C的大电流密度下,复合纤维电极仍可放出0.2 C时容量的54%,展示出良好的应用前景。3.考虑到碳纤维的高导电性及多孔碳结构对硫反应中间产物的良好固定化作用,我们提出了以PAN和PVP混合聚合物溶液为纺丝液,采用静电纺丝技术,结合后续环化、碳化,制备交联多孔碳纤维(IPCF)的新思路。通过考察PVP和PAN/PVP配比对多孔碳纤维结构以及IPCF/S复合物性能的影响,优化了IPCF的制备条件,研究了导电聚合物PEDOT包覆对IPCF/S复合纤维电极性能的影响。结果表明,得益于交联多孔碳纤维丰富的孔结构和完整的导电网络,以之为载体的IPCF/S复合物表现出高硫载量(75.3%)和优异的电化学性能。在0.1 C电流密度下,纤维复合电极第二周的放电比容量为925 mAh g-1;循环50周后,其放电比容量仍保持为796 mAh g-1,相对于第二周的容量保持率高达86%。而导电聚合物PEDOT的表面包覆,能进一步提高复合材料的导电性和电化学性能。