随着人们对能源的需求日益增长,化石燃料储存量的降低以及人类活动造成的环境污染加剧,高效清洁的新型能源成为人们关注的热点。锂离子电池具有能量密度高、环保轻便等优点,成为近几年国内外动力电池领域的研究热点。其中电极材料是影响锂离子电池电化学性能的关键因素。因此,制备高效的电极材料,提高锂离子电池的能量密度,功率密度,比容量是当前研究的焦点。本文以提高锂离子电池性能为目的,制备了高性能的石墨烯薄膜电极。本文得到的主要研究结论如下:(1)采用盐醇法通过电化学剥离制备氧化石墨烯。氧化石墨烯表面不平整,片层边缘更为松散,片层边缘卷曲也更明显,这与部分学者的研究成果是相似的。卷曲结构的形成可能是氧化石墨烯在机械剥离的时候,外力作用于氧化石墨烯片层中使平面内的力失去平衡,导致了皱褶和卷曲的形成。(2)采用以KOH强碱为还原剂的化学液相还原法制备高性能的层状石墨烯。层状石墨烯具有层状空隙结构和较高的比表面积,比表面积为428.3 m2g-1。同时,在氮气吸脱附实验中得到了层状石墨烯孔结构非常丰富,具有大量的微孔(1.2 nm)和大孔(80 nm)结构。说明通过KOH处理过后,石墨烯出现了孔隙结构,并且这些孔隙结构的距离是远远大于锂离子的半径的(r(Li+)=0.076nm)。这种层状空隙结构有利于锂电池在充放电过程锂离子的脱离和嵌入,从而也能增加更多的储锂点位,使锂离子电池具有更高的可逆比容量,更快的充电周期,更多的蓄电力。(3)采用涂布法将石墨烯浆料涂覆在铜箔集流体上制备成石墨烯薄膜电极。将石墨烯活化制备得到的石墨烯取0.5 g溶于10 mL去离子水中,采用超声细胞粉碎机超声粉碎90 min,将活化的石墨烯在溶液中分散均匀。将PVDF和NMP(N-甲基吡咯烷酮,不需要升温的,升温可能导致NMP挥发)混合均匀,等到PVDF粘结剂溶解后(大概1h左右即可)即可加入导电剂,等导电剂分散均匀后(1h)再加入超声粉碎好的石墨烯溶液中。最后加入适量的NMP调节粘度到合适范围,将两种溶液混合得到浆料备用。铜箔作为负极集流体材料,首先对铜箔进行预处理。除去铜箔表面的氧化层,提高铜箔的表面光洁度,增大石墨烯在铜箔表面的附着程度,以及附着稳定性。采用涂布法在铜箔上涂覆一层石墨烯薄膜,得到石墨烯膜电极。(4)运用BTSDA电池检测系统和Metrohm Autolab电化学工作站对石墨烯薄膜电极进行电化学性能测试。结果表明,KOH处理过后的石墨烯薄膜电极(K/Graphene-ME)的接触电阻小于未经过KOH处理的石墨烯薄膜电极(Graphene-ME)的接触电阻。它有利于再充电和放电的循环,可以保持石墨烯薄膜电极的高导电性,提高了锂离子在嵌入与脱嵌过程中的电子传递反应。石墨烯薄膜电极的初始放电和充电可逆比容量可以保持在1138 mAh g-1和831 mAh g-1。在电流密度100 mA g-1下,石墨烯薄膜电极经过10次循环之后,可逆比容量可以高达788.4 mA g-1。当电流密度高达3000 mA g-1 时,石墨烯薄膜电极可逆比容量依然可以达到386.8 mAh g-1。锂离子电池循环1000次后,容量依然可以保持在99.7%左右,表明石墨烯薄膜电极优越的循环性能与其高的比表面积,层状孔隙结构及低的电荷转移电阻有关。