锂硫电池因其超的理论能量密度(2600Wh kg^-1),被公认为是一种极具发展前景的二次储能电池。但锂硫电池固有的导电性差、穿梭效应、体积效应、电解液/硫比以及较低载硫量等问制约了锂硫电池的实际应用。本文针对锂硫电池固有问,将石墨烯应用于锂硫电池隔膜涂层、复合材料硫载体,并同时探究二者在锂硫电池中的协同作用等三个方面开展实研究,提升锂硫电池电化学性能。（1）以纯硫单质作为正极主体材料,引入石墨烯空心球隔膜涂层。石墨烯空心球涂层隔膜对多硫化物具有明显的吸附作用与阻挡作用,能够有效的将多硫化物固定在正极一侧,防止其穿梭至负极与金属锂发生反应而产生穿梭效应。采用石墨烯空心球涂层隔膜的锂硫电池0.2C循环200次后的放电容量为829.6 Ah g^-1,容量保持率为70.76%。穿梭效应的缓解可以提升锂硫电池的库伦效率以及循环稳定性,从而提升锂硫电池电化学性能。（2）以多功能石墨烯/SO₂复合材料空心球作为硫载体。复合材料硫载体的空心球结构能够缓冲锂硫电池正极活性物质的体积变化,缓解体积效应;空心球的中空结构为实现载硫量提供了空间且石墨烯导电框架可以提升锂硫电池的导电性能;同时,复合材料对多硫化物具有物理与化学双重吸附作用,能够有效固定多硫化物防止其溶解并扩散至电解液中,也可以在一定程度上缓解穿梭效应。采用复合材料硫载体的锂硫电池0.2C循环100次后的放电容量为753.61 Ah g^-1,相比纯硫正极锂硫电池放电容量50.79%。（3）采用多功能石墨烯/SO₂复合空心球硫载体的基础上同时加入了石墨烯空心球涂层隔膜。多功能硫载体与石墨烯隔膜涂层的协同作用,在提升导电性以及缓解体积效应的同时,能够进一步抑制穿梭效应,从而达到进一步提升锂硫电池电化学性能的目的。电解液对复合材料空心球硫载体与石墨烯空心球隔膜涂层有更好的润湿性,能够提电解液保有量,从而降低电解液用量,有利于提升锂硫电池整体能量密度。同时采用石墨烯空心球涂层隔膜与多功能石墨烯/SO₂复合空心球硫载体的锂硫电池0.2C循环200次后放电容量为853.97 Ah g^-1,且在5 L g^-1低电解液用量情况下,0.2C次放电容量仍有662.86 Ah g^-1,容量约为10 L g^-1电解液用量的73%。