锂硫电池有高达2600 Wh kg^-1的能量密度和硫电极具有1675 m Ah g^-1的理论比容量,同时硫单质还拥有储量丰富、价格低廉、环境友好且无毒等优势,备受全世界研究人员的重视。本文以含酰胺基团物质为模板,制备具有特定结构的碳材料,所制备的碳材料能够为活性硫提供更多的空间位点,提高单质硫的利用率,有效地抑制“穿梭”效应,能够明显改善锂硫电池的电化学性能。本文采用原位合成法制备出新型的聚酰亚胺诱导的氮掺杂炭气凝胶。聚酰亚胺诱导的炭气凝胶（PI-CA）呈现出交联骨架结构,具有丰富的孔隙和较高的比表面积。PI-CA材料的比表面积高达2039.4 m² g^-1,能够实现负载大量的单质硫,同时氮掺杂能够有效地锚定多硫化物。以PI-CA材料为阴极基体的锂硫电池呈现出优异的电化学性能。特别地,含硫量为73.8%的2PI-CA/S电极在0.2 C下的初始放电容量达到1338 m Ah g^-1,经过100圈循环后电池容量为1102 m Ah g^-1。锂硫电池电化学性能的增强主要归功于聚酰亚胺诱导的炭气凝胶所呈现的相互交联的网状结构,以及聚酰亚胺所提供的氮源形成氮掺杂对多硫化锂的有效吸附。密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了聚酰亚胺的模板效应和氮掺杂对多硫化锂的锚定机制。本文还利用聚酰亚胺的直链结构和独特的酰胺基团,以六水合硝酸钴,间苯二甲酸为原料,通过水热反应制备出聚酰亚胺-钴的金属配体（PI-Co）,然后以该金属配体为模板进一步制备碳硫正极复合材料（PI-Co CA/S）。这种复合材料能够部分继承金属配体PI-Co的长链结构,在碳化后的炭气凝胶内部留下连续的孔通道,同时钴元素以氧化钴的形式存在于碳基体中,形成钴掺杂,进一步提高了碳硫复合材料的导电性和对多硫化锂的锚定作用。PI-Co CA/S复合材料的载硫量达到72.3%,特别地,2PI-Co CA/S电极在0.2 C下的初始放电容量为1227 m Ah g^-1,经过100圈循环后电池容量为1059 m Ah g^-1。