在评价锂离子电池的时候，倍率性能、成本、使用寿命和高低温性能是必须要考虑的因素。但是在如今的锂离子电池时代，对高能量密度的要求才是整个技术进步的主要推动力。能量密度主要取决于正负极的比容量和工作电压，故而电极材料是近年来的主要研究热点。本论文主要围绕能量密度开展石墨烯基电极材料的制备和性能研究，针对目前电极材料研究过程中的问题，提出我们的理解和观点;同时对相关材料进行表面处理，探索了其实际应用的可能，主要研究的内容如下:　　(1)首先制备了三聚氰胺甲醛树脂功能化的氧化石墨烯前驱体，继而通过溶胶凝胶的方法制备了磷酸钒锂/石墨烯复合材料。利用XRD、SEM、XPS和Raman光谱等表征了结构和形貌。充放电测试过程中，较小的极化度说明了电子和离子的传输障碍小，从而保证了较好的倍率和循环性能。在电压区间3.0-4.3V，20 C倍率下比容量达86 mAh g-1，0.2 C下循环100次后可逆比容量119.6 mAh g-1，容量保持率94％。同时，较低的碳含量也有助于提高材料的能量密度。　　(2)利用稻壳作为原料通过镁热还原的方法制备多孔硅，然后通过共沉淀和热处理手段合成了还原氧化石墨烯/多孔硅复合材料。硅的多孔性和石墨烯有效缓冲了充放电循环过程中硅的体积效应。石墨烯也构成了有效的导电网络，使得复合材料的倍率和循环性能都优于单独的硅材料。16Ag-1的电流密度下仍有907 mAh g-1的可逆容量，在1A g-1的电流密度下循环200次后保有830 mAh g-1的可逆容量。　　(3)采用固态插层预剥离和湿化学方法成功制备了高品质石墨化的石墨烯，结构和形貌用XRD，XPS，SEM，TEM和Raman光谱等表征。恒流充放电曲线明显区别于还原的氧化石墨烯，没有明显的电压滞后，材料性能优于目前商用的负极材料中间相碳微球(MCMB)。电压区间1.2-0.005 V，4Ag-1的电流密度下仍有255mAh g-1的可逆容量，在0.5 A g-1的电流密度下循环200次后保有240 mAh g-1的比容量。如能解决首效较低的问题，有望获得实际应用。　　(4)通过表面处理解决了石墨烯负极首次不可逆容量损失问题，继而与我们实验室制备的Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2] O2正极材料匹配组装成全电池进行电化学测试。结果表明，1C倍率下稳定循环500次，10C倍率下的可逆比容量达115 mAh g-1。而且充放电电压区间与目前的商用电解液体系匹配良好，1C倍率下估算的能量密度为180 Wh kg-1，有望成为混合动力或电动汽车的驱动能源。　　(5)采用固态插层预剥离和湿化学方法制备了高品质石墨化的石墨烯，继而用普通的真空过滤制备了自支撑的石墨烯膜，由于不使用铜集流体，使得材料的能量密度有较大的提高。恒流充放电曲线明显区别于还原的氧化石墨烯膜，没有明显的电压滞后，石墨烯薄膜的性能也优于目前商用的负极材料中间相碳微球(MCMB)，为提高锂离子电池的能量密度提供了一条可选择的路线。