传统化石能源造成严重环境污染,清洁能源的发展具有重要的意义。随着新能源汽车、无人机和便携电子产品的迅速发展,传统锂离子电池已经不能满足长续航的需求,具有多电子反应的锂硫电池因高能量密度受到广泛关注。但是,锂硫电池的放电产物多硫化物溶解于电解液产生穿梭效应、自放电和活性物质损失,导致其循环稳定性差,制约了其产业化发展。此外,正极材料的振实密度较低,抑制多硫化物穿梭的阻挡层过厚都影响了电池的体积能量密度。为了解决上述问题,本论文一方面在正极结构中采用球磨制备膨胀石墨复合硫正极,另一方面围绕改性隔膜设计了致密结构的石墨烯复合钛酸锂涂层和超薄超轻的纳米纤维阻挡层,通过以上措施有效改善了锂硫电池的循环稳定性,并提高体积能量密度。论文首先制备了不同膨胀度的膨胀石墨,将硫粉热熔渗入膨胀石墨片层之间,通过球磨工艺调整片层结构获得高密度硫嵌入紧密石墨层间的复合材料,能够有效减少多硫化物与电解液接触,从而缓解多硫化物的穿梭效应,同时实现正极致密化,提高循环稳定性和体积能量密度。研究发现制备中使用75%高锰酸钾的膨胀石墨具有大比表面积,有利于提高硫的利用率,表现出最优的电化学性能,而使用50%高锰酸钾的膨胀石墨/硫复合正极球磨后的性能提升最为明显。其次,论文从改性隔膜角度出发,实现了致密结构隔膜涂层中的锂离子快速传输。通过将单分散纳米钛酸锂均匀分布在石墨烯片层之间制备致密涂层,抑制多硫化物的穿梭;由于巧妙结合了石墨烯的物理阻挡和钛酸锂的化学吸附,同时致密涂层中的纳米钛酸锂可以提供离子传输通道,采用石墨烯复合钛酸锂致密涂层的电池表现出优异的电化学性能,在1 C电流密度下循环500圈,比容量仍有697 mAh g^-1,保持率高达85.7%。最后,论文利用纳米纤维制备超轻超薄阻挡层用于抑制多硫化物的穿梭,为了减少体积,提升体积能量密度,研究了不同含量阻挡层的结构形貌和电化学性能。通过调控隔膜孔隙覆盖率,实现物理阻挡和离子传输之间的平衡,又结合了对多硫化物的静电排斥作用,采用纳米纤维阻挡层的电池表现优良的电化学性能。