摘要：锂离子电池作为新一代供能器材,广泛应用于便携式电子设备领域,为了进一步提高锂离子电池的电化学性能,使其具备能量密度高,循环寿命长的优点,需要进一步开发新的电极材料,提高电池性能。然而在锂离子电池负极材料开发的相关研究中,现有负极电极容量有限,而新型负极电极又存在充放电过程中大幅度的容量衰减的情况。本论文以石墨烯电子迁移率的理论计算为基础,利用石墨烯在电子迁移率方面的优势,将石墨烯与锂离子电池的研究结合起来,将石墨烯应用到锂离子电池的负极中去,对石墨烯参与不同负极材料的性能展开研究,主要内容包括以下几个方面：(1)我们在声子散射,杂质散射的基础上,根据石墨烯在平面上连续起伏的特点提出了一种新的散射机制,即石墨烯不平整度散射,我们将某一个不平整的起伏看做是一个球冠,每个球冠的大小用球冠底径和球冠的高度来完全描述,球冠的出现会引起形变势,形变势散射电子,通过计算得到了石墨烯的电子迁移率达到104cm2V-1s-1以上,体现了极佳的电荷输运性质。从理论上对石墨烯用于锂离子电池负极材料的性能改善做出了指导。证明石墨烯能够大幅度提高锂离子电池负极材料性能。使我们认为石墨烯拥有非常出色的导电能力,为我们接下来的研究提供了理论支持。(2)研究了一种二氧化锡纳米线石墨烯混合材料电极的制备方法,对锡基石墨烯锂离子电池展开了研究,讨论了电极材料纳米形态对提高锂离子电池容量,循环特性,循环次数等性能的重要作用。优化了二氧化锡纳米线和石墨烯材料的形貌,使其更加利于锂离子的嵌入脱嵌,以及大尺度的离子快速迁移。对不同锡基化合物与石墨烯结合后锂离子电池的性能进行了实际测量和性能分析,找到性能最优异的锡基化合物石墨烯混合材料,对提高锂离子电池的充放电容量,延长电池使用寿命具有重要意义。(3)制作了基于硅纳米颗粒的石墨烯复合材料电极锂离子电池,为此研究了一种在乙醇溶液中获得硅纳米颗粒与氧化石墨烯稳定悬浊液的工艺。该悬浊液均质稳定,经过数月后依然不产生沉淀,非常适合通过匀胶机进行电极生产,不失为一种简便的电极制作方法。通过该悬浊液所制备的硅纳米颗粒石墨烯纳米复合材料电极材料具有优良的电极结构,石墨烯与硅纳米颗粒结合十分紧密,硅纳米颗粒分布均匀,高导电率的石墨烯有效提高了电极导电率,降低了接触电阻,同时限制了硅纳米颗粒在充放电过程中的体积变化,表现出稳定的循环性能。(4)研究了四氧化三钻石墨烯纳米复合材料的制备方式。通过严格控制制备环境和制备参数,使得所制备的四氧化三钻石墨烯纳米复合材料具有更高容量和更优越的循环性能,在循环过程中四氧化三钴颗粒的体积变化得到了明显抑制,有效防止了电极在充放电过程中发生形态变化带来电池老化的问题。