石墨烯具有优异的电子传输性能、力学性能、传导性能和吸附性能等。近年来,人们发现其在储能领域,尤其是在锂离子电池上有较好的应用前景。相较于传统的石墨电极材料,石墨烯的高比表面积和共轭结构有利于储存更多锂离子,获得更大的储锂容量。不仅如此,将石墨烯与其它活性材料(如过渡金属氧化物、硅基材料等)杂化,可以发挥两者的协同作用,既能够拥有稳定的循环性能,又获得较高的可逆比容量。虽然石墨烯的制备方法层出不穷,但大多难以兼顾高质量产品与低制造成本,这也制约了石墨烯的应用推广。本文研究内容主要有两方面:首先,研究高品质石墨烯的制备方法,利用液相剥离法得到结构规整的低缺陷石墨烯;其次,研究石墨烯杂化材料的合成,发展出有别于传统水热法、模板法、化学气相沉积法的新杂化方法,所得产物具有良好的电化学性能,主要工作如下:(1)FeCl3-石墨烯杂化材料的制备及其在锂离子电池中的应用研究。以非氧化法制备的l阶FeCl3基石墨层间化合物(FeCl3-GICs)为前驱体,将其在有机溶剂中超声剥离来制备石墨烯和FeCl3-石墨烯(FeCl3-FLG)杂化材料。在石墨层间引入FeCl3,导致片层间距明显增大,克服范德华力对片层的束缚,不仅利于石墨烯的剥离,而且在很大程度上减少晶格缺陷的产生。相同条件下,以天然鳞片石墨为前驱体剥离制备的石墨烯中只有32 %的片层厚度小于2 nm,而由1阶FeCl3-GICs剥离制备的石墨烯,厚度几乎均分布在1.0-2.0nm之间。同时,通过控制剥离时间,便可制备出FeCl3-FLG杂化材料。当用作锂离子电池负极材料时,FeCl3-FLG杂化材料展现出较高的可逆容量,在10OmAg-1的电流密度下,比容量能够达到1002 mAhg-1。在杂化材料体系中,少层石墨烯结构可以抑制锂离子嵌入和脱嵌过程中的引起的FeCl3体积膨胀,而且其较大的层间距,便于锂离子扩散。(2)高压均质法制备高品质石墨烯研究。为提高石墨烯制备效率,我们以1阶FeCl3-GICs为前驱体,采用具有规模化制备潜力的高压均质法剥离石墨烯,研究不同均质压力、均质时间和初始分散液浓度对石墨烯剥离效果的影响。高压均质法具有效率高、可连续、易规模化应用等优点,其在批量制备高品质石墨烯上具有较大潜力。研究表明在120 MPa下循环50次后可以制得单层石墨烯,其平均厚度约为0.72 nm,且所制备的石墨烯片具有较高的结构规整性和较低的结构缺陷(ID/IG<0.1),电导率能够达到 3.7×104S m-1。(3)三明治结构α-Fe203/石墨烯杂化材料的制备及其在锂离子电池中的应用研究。采用高压均质法,我们发展出一种快速简易制备石墨烯杂化材料的方法。以1阶FeCl3-GICs为前驱体,通过控制高压均质时间可以制得FeCl3-FLG,将其在500 ℃下进行热处理,便得到α-Fe203/石墨烯杂化材料(Fe203/FLG)。该方法所制备的Fe203/FLG具有独特的三明治结构,α-Fe203颗粒能够较均匀地负载于少层石墨烯的表面和层间,可以有效避免团聚,抑制α-Fe203在充放电过程中的体积膨胀和颗粒粉碎现象,另外高品质石墨烯的高电导率可以提供高效的导电网络,改善α-Fe203颗粒的传导性能,缩短锂离子的扩散通道。值得注意的是,石墨烯和α-Fe203颗粒紧密接触,不仅更利于电荷传输,还能保持较好的循环稳定性。该杂化材料用作锂离子电池负极材料时,在200 mAg-1的电流密度下循环350圈后,可逆容量能够达到约110OmAhg-1。(4) CoCl2-FeCl3基三元石墨层间化合物及其衍生物在锂离子电池中的应用研究。我们以CoCl2和FeCl3基三元石墨层间化合物用作锂离子电池负极材料,发现其具有良好的循环性能,在200 mA g-1的电流密度下经过400次充放电循环,可逆容量依然能够保持在1000 mA h g-1左右。然后,根据(3)中的实验方法,制备Co304-Fe203/石墨烯三元杂化材料,通过对反应条件的探索得到性能最优的产物,将其用作锂离子电池负极材料时,在1000 mA g-1的电流密度下经过300次充放电后,可逆容量能达到～700 mAh g-1。