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电子设备和电动汽车的快速发展加速了对高性能蓄电池系统的需求。但目前商用石墨基锂离子电池能量密度低,而锂硫电池由于具有能量密度大、硫正极活性物质环境友好,储量丰富等特点,被认为是最有潜力的下一代二次电池。但仍存在如下问题阻碍锂硫电池的进一步工业化应用:（1）硫与放电产物Li2S的电子离子绝缘性,直接降低了硫的利用率,（2）由于硫和Li2S之间的密度差引起的体积变化高达80%,导致多次充电/放电过程后对电极结构的损坏,（3）中间体多硫化物的高溶解度和扩散引起的穿梭效应导致活性物质硫的损失,（4）电极载硫量较低,导致锂硫电池实际能量密度不高。为解决上述问题且提高锂硫电池能量密度,本论文从正极载硫材料结构设计出发,制备了PAN基非对称碳膜（C/Fe3C膜和CeO2-CNT/C膜）,其具有良好的离子电子传递通道和多硫化物捕集吸附孔结构,可直接用于锂硫电池正极载硫材料以制备高载硫电池,也可作为隔层材料,通过物理阻隔和化学吸附的双重作用抑制穿梭效应,从而提高锂硫电池能量密度和循环稳定性。通过相转化法制备了可堆叠非对称多孔C/Fe3C膜,膜内一维有序大孔孔道可提高活性物质硫的担载量,同时促进锂离子和电子的传输。研究结果表明,循环后多硫化物吸附在大孔孔壁的介孔网络结构内,一维大孔结构保持完整,有利于离子、电解液的扩散传递。吸附能模拟证明分散在介孔内的Fe3C纳米颗粒和N为多硫化物提供了吸附位点,可有效抑制穿梭效应。将C/Fe3C膜的逐层堆叠,可制备载硫量1.5-7.1 mg cm-2的锂硫电池。其中载硫量为7.1 mg cm-2的五层膜电极,在0.2 C电流密度下,100个循环后可以提供726 mA h g-1的高容量,对应于5.15 mA h cm-2的超高面积容量。将金属氧化物CeO2和导电碳纳米管引入铸膜液体系中,制备了非对称多孔CeO2-CNT/C。CNT的加入提高了膜电极材料的导电性;形成交联网状多孔结构,促进材料内锂离子和电解液的传输;增大了材料比表面积,提高了多硫化物吸附位点。模拟结果证明,掺杂的CeO2与多硫化物之间存在较强的化学相互作用,可将其捕获并促进其转化,从而抑制穿梭效应。基于上述特点,将CeO2-CNT/C膜用作正极和隔膜之间的中间层,制备三明治结构电极。合理设计的载硫量为6.2 mg cm-2的三明治结构膜电极,经过100次循环后,在0.2 C时可提供5.4 mA h cm-2的高面积容量。这种简单且可放大制备的正极材料和结构设计方法,对促进锂硫电池的实际应用具有重要意义。