由于具有超高理论能量密度(2500Wh·kg-1),锂硫(Li-S)电池越来越多地受到人们关注,在便携式电子设备、电动汽车和可再生能源的存储系统等领域成为了下一代储能系统的强劲竞争者。然而,循环寿命短、可逆容量低是两个制约其商业化的重要因素。本文从优化正极材料方面入手,拟采用石墨烯及石墨烯复合结构增强正极稳定性、提升电池的综合性能。我们采用气相化学沉积(CVD)法制备了三种石墨烯材料——纳米网孔石墨烯(NMG)、石墨烯与碳纳米管的复合物(G-CNT)和石墨烯微球(GC),并分别应用于锂硫电池的正极材料中。采用多孔氧化镁作为模板,甲烷做碳源,制备出了层数较少的NMG,将单质硫与NMG复合成S/NMG;使用含铁氧化镁作为模板,在同样条件下制备了G-CNT,单质硫与G-CNT复合后的材料称为S/G-CNT。S/NMG在1C下循环150圈后容量衰减40.1%;而S/G-CNT容量衰减仅有14.9%,库伦效率保持在98%以上。同时S/G-CNT的倍率性能也优于S/NMG。G-CNT除了有NMG的多孔层状结构之外,更多了穿插在其中的碳纳米管结构,因此材料与单质硫复合时的界面结合力增强,材料对飞梭效应的抑制作用增加,循环稳定性和倍率性能也较NMG有所改善。同时,本文探究了使用球形氧化镁生产石墨烯微球(GC)并应用在锂硫电池正极材料中的方法。本文使用球形氧化镁作为模板,甲烷或乙烯做碳源,在适宜的温度下制备了石墨烯微球。将单质硫与GC复合为复合材料——S/GCM(甲烷为碳源)和S/GCE(乙烯为碳源)。S/GCE在1C下循环150圈容量衰减高达61.7%;而S/GCM容量衰减仅为50.9%,库伦效率接近100%。同时S/GCM的倍率性能也优于S/GCE。这主要是因为GCM缺陷位较多,增强了碳材料与单质硫之间的界面结合力,从而抑制了飞梭效应;由于GCM的反应活性位更加丰富,S/GCM中单质硫的利用率也更高。本课题使用了不同的碳源和模板进行碳材料的制备,并考察了这几种碳材料用于锂硫电池正极的性能。结果表明,G-CNT比NMG的性能更好,GCM比GCE的性能更好,实用价值更高。