锂硫电池（Li-S）因其具有高理论比容量（～167 mA h g-1）和高能量密度（～2600 Wh kg-1）,被认为是下一代最有前景的储能器件而备受关注。然而,锂硫电池体系仍然存在一些限制其商业化应用的瓶颈,其中包括:充放电过程中硫正极较大的体积变化、中间产物多硫化锂易溶于电解液造成的“穿梭效应”和单质硫及其放电产物Li2S/Li2S2的绝缘性。这些缺陷导致循环过程中锂硫电池容量快速衰减、库仑效率低和循环稳定性差。针对以上锂硫电池中存在的问题,本文从硫正极入手,通过对正极主体材料结构的设计与优化,旨在改善电极表面功能性,抑制多硫化物的穿梭效应,提高硫正极活性物质利用率和循环稳定性。论文主要研究内容和结果如下:（1）采用双金属沸石咪唑酯骨架（Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs）材料为前驱体制备了一种“海胆”结构Co/N共掺杂的多孔碳材料（Co-NC）,将其与单质硫复合后作为硫正极材料（Co-NC/S）,并探究了煅烧过程中保温时长对材料微观形貌、组成和电池性能的影响。研究发现,随着保温时间的延长,Co-NC碳基底表面生长的碳纳米管（CNT）的长度和直径明显增加,其中,保温时长为5h所获得的Co-NC3/S正极材料具有最佳的电化学性能。Co-NC3复合材料具有高比表面积和高孔隙率,能够极大地促进硫的均匀分布。Co-NC3/S交错缠绕的碳纳米管能够提高电极整体导电性,有效降低电极内阻,同时缩短电子/离子传输距离,使得Co-NC3/S正极在3.0 C大电流下循环时能够贡献481 mA h g-1的可逆容量,在0.2 C电流密度下循环65次后比容量维持在937 mA h g-1。（2）通过优化双金属金属有机框架（Metal-Organic Framework,MOF）材料构型,合成了具有核-壳结构的ZIF-8@ZIF-67前驱体,并利用自组装法制备了具有碳纳米管修饰的中空碳纳米笼（CNT-NC@GC）,进一步强化了硫正极主体材料的结构优势。首先,CNT-NC@GC独特的中空构型为硫的高负载提供充足的空间。CNT-NC@GC相邻壳层紧密相连,壳内外碳纳米管交织缠绕,其强的机械韧性能有利于缓冲充放电过程中硫正极的体积变化。其次,丰富的Co/N共掺杂对活性物质具有较强的化学吸附作用,能够有效抑制多硫化物的穿梭效应。此外,本文还通过密度函数理论（DFT）理论计算来验证Co/N共掺杂对正极材料的影响。最后,分布在碳基底和CNT尖端的高催化活性Co金属颗粒能够催化多硫化物的转换反应,加速氧化还原反应动力学。基于上述正极材料多组分和复合结构的协同作用,CNT-NC@GC/S正极在含硫量高达79.2wt%的情况下,仍表现出优异的循环稳定性（1.0 C电流密度下经过500次循环可保持743 mA h g-1比容量）和倍率性能（3.0 C倍率下比容量达到653 mA h g-1）。此外,即使在面积载硫量高达4.95 mg cm-2的情况下,CNT-NC@GC/S正极依旧展现优异的面积容量（4.01 mAh cm-2）和循环稳定性,展现出良好的商业化应用前景。