为应对日益严重的能源危机,储能技术不断增长的需求刺激了可充电电池的发展。锂硫电池具有极高的理论容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg),近年来引起了科研工作者的广泛关注。但锂硫电池的实际应用仍受到诸多困难的阻碍,其中包含硫较差的导电性、中间产物多硫化锂(LPS)的穿梭效应以及硫锂化过程的体积膨胀等问题。针对以上问题,本论文从锂硫电池正极材料结构设计和改性角度出发,分别采用水热法和喷雾干燥法结合SiO2硬模板合成了三维多孔还原氧化石墨烯(3D-RGO)和三维中空石墨烯微球(3D-HGS)两种三维多孔石墨烯材料,探究了 SiO2模板浓度对于石墨烯三维结构的影响;随后进行硫负载,合成了具有高硫负载量的3D-S-RGO和3D-S-HGS复合材料,并对其电化学性能进行了研究,为锂硫电池的应用研究提供了重要参考。1.采用水热法还原氧化石墨烯过程中引入等体积的不同浓度的SiO2硬模板,制备了具有不同微观结构的3D-RGO及3D-S-RGO复合材料,并对其微观结构、比表面积以及电化学性能等进行了表征和分析,探究了正极结构与电化学性能之间的关系。结果表明,随着SiO2浓度的上升,3D-RGO孔结构逐渐丰富;SiO2浓度过大时,其三维结构稳定性下降。SiO2浓度为50mg/mL所制备的3D-RGO 比表面积大(256.697m2/g),孔结构最丰富,3D-S-RGO复合正极材料的电化学性能也最佳,初始放电比容量达1320mAh/g,100次循环后仍可保持82lmAh/g。2.采用喷雾干燥SiO2/GO混合前驱液的工艺,成功合成了结构新颖的黑莓状3D-HGS及3D-S-HGS复合材料。通过对混合前驱液中SiO2与GO质量浓度比(mg/mL:mg/mL=X:1)的控制,研究了 SiO2/GO混合前驱液配比对于3D-HGS微观结构、硫负载能力以及3D-S-HGS复合正极材料电化学性能的影响。结果表明,前驱液中SiO2与GO质量浓度比为10:1时,所合成的3D-S-HGS复合材料实现了较高的活性物质利用率,充放电循环性能和倍率性能等表现极佳。在0.2C的电流密度下,3D-S-HGS的初始放电比容量可达1406mAh/g,经100次循环后可保持854mAh/g;同时,在3.0C的高电流密度下,仍可实现554mAh/g的倍率容量;此外,以其制备的高硫负载密度(4mg/cm2)的复合正极能够实现高达1124mAh/g的初次放电比容量。