近年来,随着电动汽车、便携式电子设备等对于高性能储能系统的需求的快速增长,具有极高的理论比容量(1675 mAh g-1)和理论比能量(2600 Wh kg-1)的锂硫电池体系受了研究者的广泛关注。同时,单质硫储量丰富,无毒,低成本且环境友好的特点使其成为了下一代高能量密度二次电池的有力竞争者。然而,单质硫及放电产物硫化锂导电性差,硫电极体积膨胀且中间产物多硫化物易溶于电解液中造成的“穿梭效应”严重影响着锂硫电池的循环稳定性。在锂硫电池正极材料中,碳/硫复合材料被认为是最有潜力的。因此本文采用氮掺杂碳基材及氧化石墨烯作为复合材料中的碳源,分别通过热熔载硫及氧化石墨烯包覆制备了两种碳/硫复合材料,并考察了其电化学性能并深入研究了其充放电机理,具体工作主要有以下几个方面:(1)多孔富氮碳基材用于锂硫电池的研究。一方面碳基材对于改善锂硫电池硫正极的电化学性能至关重要。另一方面有研究表明碳材料中的氮掺杂能够有效抑制锂硫电池充放电过程中多硫化物的溶解扩散。因此,本文采用天然含氮的丝素蛋白作为碳源,通过高温碳化、活化制备多孔富氮碳基材用于锂硫电池。电化学测试表明,该复合材料在0.2 C倍率下60次循环后可逆容量为815 mAh g-1。此外,在1 C的大电流下200次循环后仍保有567 mAh g-1的可逆容量。多孔富氮碳/硫复合材料优异的电化学性能主要得益于碳基材的分层介孔结构,高比表面积以及碳网络中的氮掺杂。该实验结果为锂硫电池碳/硫正极复合材料的研究提供了一种新的思路。(2)氧化石墨烯包覆硫颗粒用于锂硫电池的研究。石墨烯或氧化石墨烯具有较大的比表面积,良好的化学稳定以及适宜的机械强度,可以实现在低温下对硫颗粒进行包覆。本文中,首先在水溶液中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的辅助下制备不同形貌的硫微球,随后利用静电吸附实现硫微球表面氧化石墨烯(GO)的包覆。扫描电镜观察可发现获得的硫微球分别为实心和中空结构,且氧化石墨烯实现了对硫微球的完全包覆。热重分析表面氧化石墨烯/中空硫微球(GO@HS)复合材料中硫含量高达92 wt%。在氧化石墨烯/中空硫微球(GO@HS)复合材料中,中空的结构适应了硫电极的体积应变,同时外层的氧化石墨烯包覆层有效的抑制了多硫化物的溶解扩散,因此该复合材料在0.2 C倍率下20次循环后可逆容量为745 mAh g-1。此外,即使在1 C的大电流下150次循环后仍保有73%容量保留率和96%库伦效率。