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随着电动汽车的快速发展,传统的锂离子二次电池将难以满足市场需求,锂硫电池由于具有高理论能量密度(2600 Whkg-1)而受到广泛关注。但是,锂硫电池依然存在一些问题使其电化学性能难以发挥,如硫及其放电产物多硫离子较低的电导率,循环过程中发生的“穿梭效应”以及硫正极的体积变化等。针对锂硫电池的这些固有特性,本论文通过开发和制备多功能粘结剂和硫支撑材料改善硫正极结构,提高锂硫电池活性物质的利用率及其电化学稳定性。本论文首次采用廉价的天然多聚物瓜尔豆胶(GG)作为锂硫电池硫正极的粘结剂。研究结果表明GG具有高于传统粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)的硬度和粘度,因此将GG作为粘结剂能赋予电极合适的延展性,从而缓解硫正极在循环过程中由于体积变化带来的不良影响。此外,GG具有较好的化学与电化学稳定性,GG在电解液中的溶胀和溶解基本可以忽略不计;循环伏安测试结果表明,GG在扫描电位范围(1.8-2.6V(vs.Li/Li+))内没有发生明显的电化学反应,表现出较好的电化学稳定性。傅立叶红外光谱测试(FTIR)表明,GG和多硫离子之间存在化学作用,该化学作用有利于减少硫正极活性材料的损失,可在一定程度上抑制“穿梭效应”。在0.2 C电流密度下,S/GG正极经过150次循环后可逆容量为777 mAh g-1,而在相同条件下,S/PVDF正极的放电比容量仅为491 mAhg-1。本论文制备了一种新型双金属有机框架(MOFs)并将其衍生物Co掺杂的多孔碳复合材料作为锂硫电池正极的硫支撑材料。该材料具有较大的比表面积并存在大量的孔洞结构。通过原位紫外-可见光谱分析发现,在放电过程中该材料可有效吸附易溶于电解液的多硫离子。密度泛函理论计算结果表明,Co对锂硫电池的最终放电产物Li2S具有较强的吸附力,且Li2S在Co(111)晶面上的分解能垒较低,这使得Li2S在Co(111)晶面上的分解是一个快速的过程。因此Co的存在有利于Li2S在后续充电过程的氧化反应,有利于减小电池的极化现象。在0.2 C电流密度下,经过220次循环后,S/Co@GC-PC电极的放电容量为790 mAh g-1。