隔膜作为电池的关键组件之一,具有隔开正负极防止电池短路、保证电池内部离子传输的作用,决定了电池的界面结构与内阻,直接影响电池的安全性能、容量与使用寿命。然而,目前广泛使用的聚烯烃隔膜（PP、PE）因其表面光滑无活性基团、表面能低,与电解液之间浸润性差,隔膜孔隙尺寸大,在锂硫电池充放电过程中多硫化物产生的“穿梭效应”导致活性物质的损失,导致电池放电容量衰减速率快、循环性和稳定性差等问题;同时,锂枝晶的生长极易刺穿聚烯烃隔膜,严重威胁电池的安全特性与使用寿命。因此,限制了传统聚烯烃隔膜在高能量密度锂硫电池领域的应用。值得注意的是,近年来本团队开发的芳纶纳米纤维（ANF）及芳纶纳米纸具有独特的三维纳米网络结构、优异的机械性能与热稳定性,为开发新型锂硫电池隔膜提供了新的思路与策略。基于上述分析,本论文以芳纶纳米纤维作为新型锂硫电池隔膜的结构构筑单元,从纳米纤维涂覆改性、ANF隔膜孔隙结构调控、ANF隔膜功能化设计、ANF基复合隔膜构筑四个方面进行系统性研究,阐明了 ANF隔膜孔隙结构调控机制、结构设计与离子传输的内在关联、多硫化物穿梭效应抑制机理等关键科学问题,为高性能ANF基锂硫电池隔膜的制备提供了新思路与理论依据。具体研究内容如下:（1）针对于聚烯烃隔膜耐温性能差、孔隙尺寸大等问题,制备了 ANF/纳米Al2O3复合涂料,通过涂布法在PP膜表面构筑具有三明治结构的Al2O3/ANFs@PP复合隔膜。研究了纳米Al2O3分散性、添加量、涂布工艺参数等对复合隔膜微观结构与电池充放电容量的影响,揭示了纳米涂覆对PP膜结构构筑与有效调控机制。研究表明,得益于ANF优异的机械性能与热稳定性、丰富的三维纳米网络结构以及具有优异亲液性纳米Al2O3的引入,显著改善了 PP隔膜的电解液浸润性、耐温性与电池循环性能,电池在0.5 C电流密度下进行充放电循环时起始放电容量为1233 mAh·g-1,经过200圈循环后放电容量为832 mAh·g-1,平均每圈容量衰减率为0.16%。（2）由于ANF涂覆基体为PP隔膜,耐温性仍受限,而芳纶纳米纤维具有耐温性能高、成膜性好等优势。因此,本章针对ANF隔膜纤维分子间氢键作用力强、孔隙结构致密而对锂离子传输产生的阻隔,构筑了具有微/纳米多孔结构ANF基隔膜并揭示了孔隙结构调控机制。研究了致孔剂、溶剂化处理以及干燥方式等多种策略对ANF隔膜孔隙结构的影响机制。研究表明超临界干燥法（SCD-ANF）所得隔膜孔径为44 nm,离子电导率为1.71×10-4 S/cm,分别是纯ANF隔膜的5倍和1.9倍。孔隙结构调控可适当阻碍ANF分子氢键结合,ANF隔膜成形过程中纤维发生一定程度的取向与排列,形成了孔尺寸均一、结构规整有序的多层级微纳米多孔ANF隔膜。隔膜在0.5 C电流密度下起始放电容量为1108 mAh·g-1,经过200圈循环后放电容量为566 mAh·g-1,平均每圈的容量衰减率为0.24%,库伦效率为99.25%,可达到目前商用PP隔膜水平。通过结构化调控电池氧化还原反应的极化度降低,化学反应和Li+迁移速率加快,多硫化物难以穿过小孔结构的ANF隔膜,活性物质的利用率提高,电池具有更高的放电容量。（3）针对多硫化物穿梭效应导致电池容量衰减速率快、稳定性差的问题,本章通过全氟磺酸表面改性、聚对苯乙烯磺酸钠（PSS）附加自组装层结构设计实现了 ANF隔膜的功能化,成功在ANF隔膜中引入羧基、胺基功能性基团以及静电引力层,实现了对多硫化物的化学吸附。研究表明,在0.5 C电流密度条件下ANFs/PSS隔膜的初始放电容量为1064 mAh·g-1,经200圈充放电循环后放电容量为860 mAh·g-1,容量保持率为80.83%,平均每圈容量衰减率为0.1%。通过对ANF隔膜表面功能化改性和附加自组装层的结构化设计,实现了对多硫化物离子的吸附与捆绑,功能性隔膜具有选择性透过锂离子而将多硫离子阻隔在正极一侧的双重效果,实现了活性硫的高效循环利用,显著提升了电池容量。（4）进一步地,利用原位生长法将具有高比表面积、高反应活性的金属骨架化合物（MOFs）成功生长于ANF纳米网络结构中,构筑ANFs@MOFs复合隔膜,复合隔膜具有高离子电导率（1.23×10-3S/cm）的同时表面含有大量的金属活性位点,能够与多硫化物离子之间通过物理吸附、配位作用阻碍多硫化物穿梭。对电池充放电进行分析结果表明,在0.5 C恒定电流密度下循环时电池起始放电容量为1082 mAh·g-1,200圈循环后放电容量为876 mAh·g-1,容量保持率为81%,平均每圈容量衰减率为0.1%,库伦效率为97.72%。此外,揭示了功能化复合隔膜抑制多硫化物穿梭的机理:充放电循环过程中,具有高比表面积与大量的金属活性位点的MOFs能够与多硫化物离子之间通过物理吸附、配位作用阻碍多硫化物在正负极之间的自由移动,成功的将多硫化物阻挡在正极一侧,开发出新型高放电容量ANF基复合隔膜,实现了 ANF隔膜从单一化向多元化、功能化转变的进程。本论文突破了具有微纳米多孔结构芳纶纳米纤维电池隔膜的可控制备技术,揭示了 ANF隔膜孔隙结构调控机制以及其功能化对多硫化物穿梭效应的抑制机理,解决了商用聚烯烃隔膜限制锂硫电池向更高能量密度和更高放电容量发展的瓶颈问题,推动了芳纶纳米纤维在电池隔膜领域的应用进程,为高性能锂硫电池隔膜的制备提供了新的思路和方法,具有广阔的应用前景。