由于锂硫电池具有高能量密度、低成本和环保性等优势,目前已成为最具前景的新一代电化学储能系统之一。虽然锂硫电池具有诸多明显的优势,但仍存在一些关键性问题制约其实际应用的发展,主要有硫的导电性差和多硫化物溶解所引发的穿梭效应等问题。为解决上述问题并改良锂硫电池的电化学性能,本论文利用比表面积大、导电性优异、力学性能良好的石墨烯对锂硫正极材料进行改性研究。具体研究结论如下:（1）通过将氧化石墨烯与碳纳米管自组装形成碳基复合材料,与单质硫复合形成具有三明治结构的还原氧化石墨烯/碳纳米管/硫（r GO/m-CNTs/S）复合正极材料。重点研究正极复合材料结构对硫正极性能的影响,发现r GC7/S复合正极材料电化学性能最优。r GC7/S其独特的半封闭三明治结构,能够有效地将多硫化物限制在碳基复合材料内,并提高材料的导电性,缓解硫正极的体积膨胀,对电极结构具有保护作用。载硫量75wt%的r GC7/S复合正极材料展示了良好的循环稳定性,在0.2C具有1124.9m Ah·g^-1的首周比容量,循环200周容量稳定在647.7 m Ah·g^-1,r GC7/S复合正极材料还具有良好的倍率性能。（2）在石墨烯表面原位生长二氧化钛纳米颗粒,构筑二氧化钛/还原氧化石墨烯（TiO₂/r GO）复合膜层材料。通过双层涂覆工艺,将复合膜层材料均匀涂覆在碳纳米管/硫（CNTs@S）正极表面。通过表征测试发现rGT1复合膜层的三维层状导电网络结构有利于电解液的浸润,提高正极材料导电性。当硫正极与rGT1膜层紧密结合后,rGT1膜层对多硫化物能够起到物理拦截作用,其表面丰富的含氧官能团、介孔及TiO₂对多硫化物起到吸附和捕获作用,能够有效抑制多硫化物的穿梭效应。（3）CNTs@S/rGT1正极具有良好的循环稳定性和高比容量,在0.2C下首周放电比容量高达1090.4 m Ah·g^-1,循环170周后仍能稳定在1002.3 m Ah·g^-1,容量保持率为91.92%,每圈的容量损失仅为0.047%。CNTs@S/rGT1正极还具有优越的倍率性能,在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C和3C多倍率下,其放电比容量分别约为1483.7 m Ah·g^-1、1068.6 m Ah·g^-1,944.5 m Ah·g^-1,861.2 m Ah·g^-1,805.6 m Ah·g^-1和755.8 m Ah·g^-1,当倍率重回0.2C时,比容量回升到926.7 m Ah·g^-1。