铁氧化物具有储锂容量高、储量丰富并且成本较低、绿色环保等优点,是一种极具应用前景的新型锂离子电池负极材料。然而由于其脱嵌锂过程中体积变化大和电子电导率低等原因,使其循环性能和高倍率性能较差,这大大限制了其规模化应用。针对铁氧化物的这些缺点,本文主要从铁氧化物负极材料的多结构、多形貌、多尺度的设计和可控制备,高电子电导率碳材料的多种形式引l入等方面开展研究,综合提高铁氧化物负极材料的电化学性能,揭示材料的结构和形貌特性对其电化学性能的影响及其影响机理。采用高效的喷雾干燥法,以三氯化铁及氨水为原材料,结合对喷雾干燥前驱体的煅烧制备纳米氧化铁。将纳米氧化铁前驱体与具有高电子电导率的乙炔黑机械球磨后经在空气中煅烧制备了纳米Fe203颗粒弥散分布于碳基体的Fe2O3/C复合材料,复合材料的循环稳定性得到明显改善,含60wt%碳的复合负极材料在100 mA/g的电流密度下,经过50次循环后的容量为725 mAh/g,容量保持率近70%。该制备纳米氧化铁和其与碳的复合负极材料的方法效率高,成本低,具有规模化使用前景。采用化学气相沉积法,以喷雾干燥制备的纳米Fe203为初始材料,采用高浓度的C2H2为沉积气相,制备了碳包覆的具有以微米/亚微米尺寸八面体Fe304为主和少量纳米尺寸的近球形Fe304的双形貌尺寸的Fe3O4/C复合负极材料,纳米Fe203在气相沉积过程中,被还原成Fe304,并重结晶成八面体。经20分钟沉积获得的含碳量为19wt%的复合材料在100 mA/g的充放电条件下的首次可逆容量为570 mAh/g,经60次循环后的容量保持率达96%。该方法制备周期短,获得的微米/亚微米颗粒和纳米颗粒的复合形貌有利于材料振实密度的提高,并可减缓氧化铁颗粒在循环过程中的团聚。以柠檬酸、三氯化铁及氨水为原材料,采用喷雾干燥法结合对喷雾前驱体的煅烧,并通过调节柠檬酸及氨水的含量比例,获得了一种新型结构的非晶铁氧化物/碳粉体复合材料。复合材料作为锂离子电池负极材料具有优异的热力学循环稳定性,在100 mA/g的电流密度下,700次循环后可逆容量仍有1004mAh/g。电流密度为2 A/g时,非晶铁氧化物／碳复合材料的放电容量可达570 mAh/g。研究揭示了非晶铁氧化物的电化学储锂机理。以二茂铁为铁源和碳源,分别采用碳酸氢铵和硫酸铵为辅助反应剂,借助辅助反应剂分解产生的气相辅助固相反应,分别制备了碳包覆单晶Fe304纳米线和纳米颗粒混合结构的复合材料,和超薄碳包覆多孔Fe203纳米片。Fe304纳米线的径向电子电导率高,碳包覆层能够阻碍嵌锂过程中的体积膨胀,有利于纳米线结构的稳定。碳包覆纳米线/纳米颗粒复合负极材料在100 mA/g下的首次可逆容量为911 mAh/g,经过100次循环后,容量可达984 mAh/g。研究发现纳米线一维结构在循环100次后得到较好的保持。碳包覆多孔Fe203纳米片在含碳量仅为5.5 wt%的条件下,在100 mA/g的电流密度下的首次可逆容量为910 mAh/g,并在循环过程中容量不断升高,120次循环后的容量达到1080 mAh/g。在2 A/g的倍率下,可逆容量为420 mAh/g。原位透射显微镜研究表明,这种二维多孔结构在嵌锂过程中,能有效缓解体积膨胀,有利于保持纳米片结构的完整性,碳包覆层在提高纳米片电子电导率的同时,对多孔Fe203纳米片起到了支撑框架的作用。大的片状宽度和超薄的厚度及孔洞结构,还有利于纳米片和电解液的接触。本文制备碳包覆Fe304纳米线和多孔Fe203纳米片的结构新颖,方法简单,产率高,相关产物还可望为铁氧化物在其它领域的研究应用提供新的思路和借鉴。