石墨烯是一种具有诸多优异物理性质的新型二维材料,其极高的比表面积与电子迁移率使其在电化学储能材料方面具有巨大的潜力。然而,常见的石墨烯制备方法成本高、产量低,且部分制备方法如氧化还原法会破坏电子结构,影响其导电能力。而对于锂离子电池负极材料而言,一方面,需要石墨烯具有完好的晶格结构,以保证其高导电能力;另一方面需要在兼顾性能的同时,降低生产成本。本课题以制备可用于锂离子电池的高性能负极材料为出发点,以天然鳞片石墨为原料,利用物理法即流体辅助超临界二氧化碳法剥离制备出石墨烯粉体。实验结果表明,剥离过程中,天然石墨的层数随着剥离次数的增加而随之减少,同时在剥离过程中会不断增加材料的缺陷。之后根据不同粒径分布区间对石墨烯进行筛分以便探索材料的最佳尺寸。电化学测试结果表明,随着剥离次数的增加,材料的负极容量也随之增加,当剥离次数为10次时,在50 m A/g的电流密度下其容量可以达到459 m Ah/g左右,高于商业石墨(400 m Ah/g)的容量。而针对不同粒径分布的电化学测试结果表明,随着粒径的减少,材料的容量随之增加,但是当材料的粒径下降到一定程度后,则基本上不再增加。当材料尺寸介于400-800目时,其电化学性能最佳,在电流密度为50 m A/g下,容量超过500 m Ah/g,高出商业石墨约25%,而在1000 m A/g的电流密度下,其容量超出商业石墨一倍。为进一步改进材料的电化学性能,实验在剥离次数为10,粒径分布为400-800目的石墨烯材料基础上制备石墨烯/氧化钴(GNS/Co O)纳米复合材料,之后针对不同氧化钴(Co O)负载比例的复合材料进行电化学性能测试。测试结果表明,随着Co O负载量的增加,锂电池的容量是不断提高的,同样地,该趋势在负载量超过11%左右后会趋缓,即容量提升效果减弱,同时考虑到材料的实际应用情况,其处于0-1 V放电电压区间的容量应最高,当负载量为11%左右时,GNS/Co O的总容量超过600 m Ah/g,而其在0-1 V区间下的容量也达到526 m Ah/g,高于其它负载量下的复合材料容量,因此可认为Co O的最佳负载量在11%左右。与此同时,该材料在电流密度为150 m A/g下循环100圈后容量并未发生衰减,表现出了优异的循环稳定性。