锂离子电池的发展趋势是具备高能量密度、高功率密度、长使用寿命和低成本，电极材料尤其是负极材料是锂离子电池性能的决定因素。本文以石墨烯及其复合材料为研究对象，分析了如何通过结构调整从而提高材料电化学性能的科学问题。采用膨胀石墨微粉为原料，通过氧化膨胀石墨微粉制备出了单层氧化石墨烯，并通过微波辅助水热法还原得到石墨烯片。石墨烯片具有约1500mAh/g的首次放电比容量和41.7%的首次库伦效率。经过热处理的石墨烯片，含氧量显著降低，虽然材料的首次可逆容量和库伦效率都有降低，但循环稳定性大幅提升，50次循环后仍保持了89.6%，同时电荷转移阻抗大幅降低。将鳞片石墨与石墨烯复合，复合材料中石墨烯片可以包覆在石墨的表面，这种结构可以降低鳞片石墨的不可逆容量，同时石墨烯构建了三维导电网络结构显著降低了电极阻抗。氧化铜/石墨烯复合材料中氧化铜形成亚微米级的颗粒，分散在石墨烯片层之间阻止了石墨烯的团聚，石墨烯构成的三维导电网络加快了电子的迁移，并为氧化铜的体积膨胀收缩预留了足够的空间。氧化铜/石墨烯复合材料的各项性能对比纯石墨烯片和氧化铜都有了很大提升，其中CuO60%/G具有67.3%的首次库伦效率和816mAh/g的首次可逆容量，50次循环后保持率为86.3%。采用分步混合氧化石墨烯的工艺制备复合材料，首次库伦效率能得到明显提升。