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锂硫电池凭借突出的理论比容量(1675 mAh/g)和比能量(2600 Wh/kg)受到了广泛的关注,可能成为未来极具市场价值的二次电池之一。然而,锂硫电池目前因为单质硫导电性差、中间产物的穿梭问题、循环过程中硫单质体积变化等问题严重影响了活性物质的利用率和循环稳定性。针对以上问题,本文主要研究了石墨烯和单质硫的复合方式,以及不同结构的碳硫三元复合材料。借助改善的Hummers方法制备出还原氧化石墨烯,以其做载体,使用三种不同的方法合成了石墨烯/硫复合材料。通过结构、电化学性能表征,发现化学合成法+二次热处理得到的石墨烯/硫复合材料的电化学性能最为优异。在硫含量为73%,200mA/g电流密度下,石墨烯@硫-160正极材料首次放电比容量为953.9 mAh/g,充放电80圈后维持在591.7 mAh/g,容量保持率达到64.76%。采用廉价的乙炔黑做为导电碳骨架,化学原位沉积单质硫在乙炔黑表面,再通过自组装的方法使商业级石墨烯做为乙炔黑/硫复合材料的包覆层,制备出一种新颖的三明治结构的乙炔黑/硫@石墨烯复合材料。通过与乙炔黑/硫复合材料比较,发现这种三明治结构的碳硫复合物具有高的活性物质利用率,改善的循环性能和优异的倍率性能。当电流密度为200 mA/g时,此三明治结构的正极首次释放比容量达到1603.5 mAh/g,硫的实际利用率高达95.73%。倍率性能更为出色,当电流密度增加至1600 mA/g时,容量稳定在617.2 mAh/g。采用化学法原位沉积单质硫在乙炔黑表面,再用聚吡咯包覆,制备了一种核壳结构的乙炔黑/硫@聚吡咯复合材料。对比乙炔黑/硫复合材料得出,核壳结构的三元复合材料获得了改善的电化学性能。在硫含量为60%,800 mA/g电流密度下,此三元复合材料经活化后最大放电比容量为688.9 mAh/g,循环200圈后,容量保持在538.5 mAh/g,容量保持率高达78.2%。