能源储存是现代生活的关键推动力。锂离子电池已经投入商业生产30年。锂离子电池（LIB）被认为是便携式电子设备和移动电话最重要的电源储存设备。但是,锂离子电池有时已经满足不了实际需求,例如混合动力电动汽车（HEV）和全电动汽车（EV）。解决这些问题的一种方法是寻求开发一种比传统材料具有更高能量密度,更高安全性能和更长循环寿命的新型电极材料。长期以来,由于硅的理论比容量高以及工作电位低的优点,硅阳极被认为是非常有潜力的下一代LIB材料。然而,硅在充放电过程中巨大的体积变化导致电化学循环性能差,结构不稳定。本文旨在利用具有优良的导电性、高强度和韧性的石墨烯以及具有高振实密度和高理论比容量的硅薄膜电极材料作为电极材料活性物质,实现石墨烯/硅薄膜复合薄膜的可控制备。通过构建基于石墨烯/硅薄膜复合薄膜的锂离子电池,系统研究硅薄膜电极的电化学性能和力学性能,理清薄膜电极材料中薄膜厚度与电化学性能以及力学性能之间的关系,获得高性能的石墨烯/硅薄膜复合薄膜的锂离子电池。研究内容如下:1)基于磁控溅射技术,在铜箔上沉积三个厚度（100、300、500 nm）的硅薄膜制备硅薄膜/铜箔负极,将其直接用作负极组装半电池,通过研究其循环前后的形貌表征和电化学性能,建立厚度与硅薄膜电极的结构稳定性和电化学行为的联系。2)基于硅薄膜/铜箔负极,利用乙炔为碳前驱体,于较低温度（650℃—700℃）下在其表面化学气相沉积（CVD）不同厚度的碳层,通过改变气氛流量、热处理温度和沉积时间等因素,控制碳层厚度,研究并优化硅薄膜/铜箔负极的电化学性能和结构稳定性。3)基于硅薄膜/铜箔负极,利用甲烷为前驱体,通过CVD和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术,在其表面沉积不同厚度的石墨烯覆盖层,通过改变前驱体气体流量、温度和沉积时间等因素,研究不同石墨烯覆盖厚度对硅薄膜/铜箔负极的电化学性能和结构稳定性的影响,以及通过表征石墨烯转移前后的形貌,研究石墨烯在无金属催化剂下的生长,实现了硅薄膜上直接生长石墨烯。4)基于硅薄膜/铜箔负极,利用改进的Hummers方法制备氧化石墨烯,将氧化石墨烯覆盖在硅膜表面,通过化学还原法构建还原氧化石墨烯（r GO）/硅薄膜复合薄膜电极材料。另一方面,通过化学气相沉积技术,在硅薄膜表面沉积石墨烯覆盖层,构建还原氧化石墨烯（r GO）/硅薄膜复合薄膜电极材料。然后,系统研究不同厚度石墨烯覆盖层对硅薄膜电极电化学性能和结构稳定性方面的影响。通过其电化学性能、微观结构的表征和有限元分析确定了石墨烯覆盖层在硅薄膜电极中的影响;以及石墨烯覆盖层的厚度与硅薄膜电极电化学性能和结构稳定性之间的关联。证明了石墨烯覆盖层有助于增强硅薄膜电极的机械稳定性并减缓了硅薄膜破裂和分层的趋势。13 nm的石墨烯覆盖100 nm的硅薄膜在200个电化学循环后保留了超过2479 m Ah g-1的比容量。