在便携式电子设备的领域中,锂离子电池（LIBs）作为最有发展前景的新能源而引起广泛关注。其中,负极材料在LIBs的电化学性能中起决定性作用。最常见的负极是石墨类材料,然而其较低的理论比容量（372m Ah/g）使得在高能量密度领域的应用中受到了限制。因此,急需开发一种高能量密度的负极材料来满足现实使用。石墨烯气凝胶（GA）因其较好的电子传导率、较大的比表面积和多孔结构成为近期热点,过渡族金属氧化物则有较高的理论比容量。本文将结合两种材料的优点,制备出基于石墨烯气凝胶基复合电极,以此来满足LIBs对负极材料的性能要求。本文的主要研究内容如下:（1）首先以尿素为氮源,利用简单的水热法合成氮掺杂石墨烯材料（NG-X）,探究前驱体尿素的添加量对复合材料的产物形貌、结构以及电化学性能的影响。结果表明,在0.1A/g的电流密度下经过100次恒流充放电循环后,NG-40样品材料仍然保留了780m Ah/g的可逆比容量和接近100%的库伦效率（CE）,电化学性能明显提高可归因于氮的掺入增加了石墨烯的导电性,同时还会增加Li⁺的反应活性位点,从而增强电极材料与电解液的润湿性。（2）在石墨烯负极的研究基础上,构建3DGA作为负极材料。采用水热法结合冷冻干燥法制备了GA/Mn O₂纳米复合材料,探究前驱体KMn O₄的添加量以及溶液的p H值对所得到的GA/Mn O₂产物形貌、结构以及电化学性能的影响。结果表明,当溶液p H=2、KMn O₄的添加量为160mg时,电极材料的储锂性能最佳,可逆比容量达到了1701.9m A/g（低电流密度下）和210.5m A/g（高电流密度下）。此外,根据不同扫速下的CV曲线测试可以发现,GA/δ-Mn O₂复合材料较大的比表面积贡献了较多的电容性容量,进一步通过公式可以算出大约为76.56%。所以,优化复合材料制备的实验参数有利于发挥GA/δ-Mn O₂纳米复合材料的电化学性能。（3）采用一步水热法制备GA/Sn O₂纳米复合材料,探究前驱体Sn Cl₄·5H₂O的添加量对复合材料的产物形貌、结构以及电化学性能的影响。结果表明,在0.1A/g的电流密度下经过80次恒流充放电循环后,GA/Sn O₂-150样品的可逆比容量远高于其它组分的样品,达到了980.2m Ah/g,表现了较好的电化学性能。这主要是由于GA可以提供较大的比表面积增强Sn O₂的导电性,从而有利于复合材料中离子和电子的快速转移,同时还可以缓解Sn O₂在循环过程的体积变化。本文共有图48幅,表4个,参考文献119篇。