锂离子电池具有高能量转换效率、高工作电压、低自放电率和无记忆效应等优点，在电动汽车、移动电子设备等领域广泛应用。锂离子电池主要由正极、负极和电解液组成，目前正极负极材料的性能不足（例如容量和能量密度低、循环稳定性差等）大大限制了锂离子电池的进一步应用，也制约着电子设备和新能源汽车等的发展。因此，研制高性能锂离子电池电极材料，是一个极为重要的研究方向。本论文以发展高性能电极材料（包括负极和正极）为目标，深入研究石墨烯基复合材料的制备方法及其储锂特性，研制高容量、循环稳定的负极和正极材料，为研制高性能锂离子电池奠定材料和技术基础。具体研究内容和创新之处包括：　　（1）以石墨为原料，采用改进的Hummer’s法合成了高质量氧化石墨烯，进一步通过简单的水热法合成了一种金属氧化物NiO/还原氧化石墨烯（rGO）复合材料。研究发现，NiO纳米片在rGO表面原位锚固，形成一种相互连接的分级结构，而且复合材料中石墨烯可以提供优良的导电网络，促进电荷快速转移和锂离子扩散；NiO纳米片有效避免了了石墨烯片层因分子间作用力引起的团聚。两者的协同作用使得NiO/rGO复合材料具有高的比容量和良好的倍率性能，在电流密度0.1 A g-1时，NiO/rGO的首次放电比容量为2361 mAh g-1，100次充放电循环后，容量保持1068 mAh g-1。　　（2）研制出一种还原氧化石墨烯与金属锡/碳微球复合的锂离子电池负极材料，在充放电循环仍能后保持良好的微纳米结构。研究发现，复合上的石墨烯将锡/碳微球致密包覆，可以有效减少不稳定固体电解质膜（SEI）的形成。Sn/rGO在0.2 C条件下，200次充放电循环后容量为297 mAh g-1，库伦效率接近100%，体现出良好的可逆性和结构稳定性。　　（3）鉴于石墨烯对提高电极材料导电性的重要作用，本文进一步深入研究了正极材料与石墨烯的复合，通过一步水热法合成了一种LiFePO4/rGO复合正极材料。研究发现，LiFePO4/rGO在0.5 C循环275次后，容量保持147 mAh g-1，大幅超过纯LiFePO4的容量111 mAh g-1。LiFePO4/rGO正极与商用石墨烯负极组成全电池，在0.2 C时，充电和放电容量分别为133、104 mAh g-1，库伦效率78.2%。此外，还发现复合石墨烯可以降低LiFePO4的电迟滞，究其原因可能在于石墨烯在复合材料中作为导电网络，缩短了电子传输以及锂离子扩散路径，从而增大了锂离子的存储容量，提高电子输运性能等。　　综合上述研究结果可以看出，还原氧化石墨烯可以增强负极和正极材料的电化学性能，有效缓冲负极材料脱/嵌锂的结构变化，提高循环稳定性；以及为正极材料提高优良的导电路径，增强电子输运和锂离子扩散等。未来继续加强研究石墨烯与电池材料的复合及其增效机制，将很有希望突破电极材料的电化学性能瓶颈，加速高性能锂离子电池的发展。