硫基正极材料和过渡金属氧化物负极材料都具有超高的比容量,而且来源广泛,是近年二次锂电池电极材料的研究热点,但其大规模商业化应用仍受限制：硫和大多数金属氧化物的导电性都较差,不利于快速电化学反应的进行。过渡金属氧化物在充放电循环过程中存在着严重的体积膨胀,导致材料结构破坏或电极粉化；硫在充放电过程中还存在着穿梭效应导致活性物质的流失,致使循环稳定性和高倍率性能都还无法满足实际应用。为此,本文采用复合化改性手段,将具有超高导电性和结构稳定性的石墨烯引入到电极材料中,从材料微结构设计入手,采用不同的方法成功合成了片状堆积结构及包裹结构的石墨烯/硫复合材料,对于过渡金属氧化物主要制备了类似“鸟巢”结构的石墨烯/氧化铁复合材料,材料的电化学性能得到显著的改善,主要研究结果如下：以普通的高纯石墨棒为原料,采用一种简便的电化学剥离方法制备了石墨烯纳米片。然后通过热扩散的方法将升华硫负载到石墨烯层中,制备了具有高电化学性能的石墨烯/硫复合材料。石墨烯/硫复合材料的初始放电容量为650mAh g-1,经过200次循环,可逆容量仍可保持在450mAh g-1。与硫电极相比,石墨烯/硫复合材料显示出更好的电化学性能,这归因于石墨烯独有的导电网络和层状结构。首次将电解剥离石墨烯和原位电沉积硫结合起来,以简单、新颖的一锅法合成了石墨烯/硫复合材料,其中形成的硫颗粒是被石墨烯包裹的,而且SEM显示平均粒径为1μm的硫颗粒是均匀分布的。不同于其他合成方法依赖硫扩散进入石墨烯框架,本方法可以使硫颗粒与导电石墨烯原位复合,可以更好提高硫颗粒的导电性,并有效减少可溶性多硫化锂的形成,从而抑制“穿梭”效应。制备的石墨烯/硫复合材料(含硫量70.2wt%)呈现出较高的初始放电容量1180mAh g-1,经过50次循环后容量仍可保持在700mAh g-1以上,表明该材料是一种很有前途的具有高能量密度的锂硫电池正极材料。纯氧化铁和石墨烯/氧化铁复合材料都是以温和的溶剂热法合成的(乙醇与水混合液为溶剂)。制备的微立方结构的纯氧化铁具有均匀的尺寸(约为1.5μm),石墨烯/氧化铁复合材料具有“鸟巢”(石墨烯)包裹“鸡蛋”(椭球形氧化铁)的结构,这大大地提高了材料的结构稳定性。与纯氧化铁相比,石墨烯/氧化铁复合材料显示更好的电化学循环稳定性(500mAh g-1,50个周期)。这些较好的电化学性能可以归因于复合材料中独特的微观结构。石墨烯具有保持良好的结构稳定性,可以缓解材料电化学反应引起的体积膨胀和内应力作用,还增加了活性材料的反应区域。