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锂离子电池是目前应用最为广泛的储能设备之一,但随着电子设备及新能源汽车等的高速发展,对电池的储能容量、循环稳定性性能要求越来越高。目前商业化的石墨负极锂离子电池理论容量仅为372 mA h g-1,远不能满足实际需求,而锂硫电池作为一种典型锂金属电池,以其能量密度高(2.51 kW h kg-1-Li2S)、硫资源丰富等特点,有望成为新一代高性能储能电池。但目前锂硫电池仍存在载硫量低、“穿梭效应”以及锂金属电池共性的锂枝晶生长等问题,导致电池容量衰减迅速,循环寿命不理想。为解决以上问题,本文从电池电极和隔层材料设计入手,提出采用相转化法制备具有分级孔结构的膜电极和隔层材料。相转化法是大多数商业化膜合成制备的基础,流程简单,易于规模化制备。本文制备的多孔碳基膜以其较大的比表面积和良好的导电性以及化学稳定性得以用作锂硫电池的载硫正极、阻硫隔层,并且可以用于锂金属电池的负极保护。首先通过相转化法,以水为凝胶浴,制备Fe3C纳米颗粒掺杂的非对称多孔碳纳米管膜（Fe3C-C/CNT）,该膜材料皮层呈现多孔结构,亚层由指状孔和海绵孔构成,指状孔孔壁为珊瑚状交织结构,孔隙率高,导电性好,依靠Li-N和Fe-S双重吸附能够有效吸附多硫化物,抑制“穿梭效应”。当电流密度为1 C时,经历200个循环后,Fe3C-C/CNT隔层电池仍能保持751.5 mA h g-1的比容量以及96.6%的库伦效率,且指状孔结构保持完好,有利于电解液的浸润和锂离子传输。为进一步提高膜电极材料的载硫量,以正戊醇为凝胶浴,通过改变铸膜液成分比例,采用相转化法制备CNT@C（1:2）膜和CNT@C（1:1）膜。CNT@C（1:2）膜适用于锂硫电池正极膜材料,其致密皮层可作集流体,多孔亚层可用于负载硫;CNT@C（1:1）膜整体具有多孔网络结构,适用于锂硫电池隔层,截留多硫化物。两种膜协同构建的循环槽能够有效抑制“穿梭效应”,减轻极化现象,降低活性物质的损失。CNT@C//CNT@C电池在1 C下循环400次后,比容量为682.9 mA h g-1,库伦效率为96.2%。当载硫量为6.10 mg cm-2时,CNT@C//CNT@C电池面容量可达5.4 mA h cm-2。为抑制锂金属电池负极枝晶的生长,将多孔CNT@C（1:1）膜作为锂金属电池负极保护层。使锂沉积更均匀,且CNT@C（1:1）层能够作为物理屏障阻碍锂枝晶生长。在8 mA h cm-2和8 mA cm-2的高电镀/剥离容量和电流密度下,Li/CNT@C电极运行500 h后过电势约0.15 V。当以LiFePO4为正极组装全电池时,Li/CNT@C电池循环600次的容量保持率为82.5%。表明膜材料减缓锂枝晶生长、延长电池循环寿命的效果较好。