随着移动电子设备和新能源汽车等产业的迅猛发展,开发新一代长循环寿命,高能量密度的二次电池逐渐成为研究热点。金属锂因其较高的理论比容量(3860mAh g-1)低的还原电位(-3.04V,相对于标准氢电极)等优点,成为最有潜力的电池负极材料。然而由于锂枝晶的存在、金属锂和电解液之间的副反应,以及循环过程中的体积膨胀等,导致锂负极始终存在安全性和稳定性差等问题。本论文主要研究并构筑了垂直石墨烯包覆泡沫铜(Cu@VG)复合电极以及氮掺杂石墨二炔包覆泡沫铜(Cu@N-GDY)两类复合电极以设法解决上述问题,主要内容如下:(1)通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在泡沫铜表面构建垂直石墨烯纳米墙,得到高生长质量的泡沫铜/垂直石墨烯(Cu@VG)复合电极。利用垂直石墨烯良好的导电性和大的比表面等特点,为锂沉积提供更丰富的沉积空间,从而降低局部电流密度,有效地抑制锂枝晶的生长。在这些优点的协同作用下,改善了电池的电化学性能。在和泡沫铜(Cu)和泡沫铜/石墨烯(Cu@G)电极对比中,Cu@VG电极表现出更低的成核过电势(26.6mV),在电流密度和面积容量为5mAcm-2,1mAh cm-2的条件下,Cu@VG复合电极可以稳定循环1875次,在其与商业NCM组装的全电池中,循环时间和倍率性能相比基于金属锂的体系都得到了提高。(2)通过表面辅助Glaser偶联反应在泡沫铜的表面生成石墨二炔,接着经过NH3气氛下的热还原引入氮元素的掺杂,最终得到高质量的泡沫铜/氮掺杂石墨二炔(Cu@N-GDY)复合电极。利用石墨二炔独特的拓扑结构和电子结构、较高的电荷迁移率及优异的电子传输能力,借助氮元素优异的亲锂性能,诱导锂金属的均匀沉积,缓解锂负极的体积膨胀。在与泡沫铜(Cu)和泡沫铜/石墨二炔(Cu@GDY)电极对比中,Cu@N-GDY电极展现出更低的成核过电势(13.3 mV),在电流密度和面积容量为3mAcm-2,3mAhcm-2的条件下,Cu@N-GDY复合电极稳定循环175圈,且在与商业NCM组成的全电池中,循环稳定性和倍率性能相比基于金属锂的体系均有所提高,为金属保护方向的研究工作提供了参考。