锂离子电池(Lithium ions batteries,LIBs)因具有能量密度高、使用寿命长、高倍率等特点而得到广泛应用。LIBs阳极材料通常包括石墨、过渡金属氧化物和钛基材料等。然而这些材料存在比容量低、导电性差和体积效应大等缺点。磷化物和磷元素替代主体材料作为LIBs阳极时具有较高的放电平台,因而能够输出更高的能量密度。但是在LIBs充放电过程中存在体积膨胀和垮塌的问题。有基于此,本文分别设计并运用一步合成法制备了不同结构的磷基纳米碳球材料和过渡金属磷化物的复合材料,以探究其作为LIBs阳极材料的特性与相关工作机制。具体研究内容及结果简述如下:1、以镍基金属有机磷框架材料为前驱体,通过低温碳化处理,制备并探究了(N,Ni,P)三原子掺杂的海胆状碳纳米球的LIBs 阳极特性。所制备的碳纳米球直径约为～600 nm。纳米球分级孔状结构有利于锂离子的多方向嵌入和脱出,极大地缩短了锂离子的扩散路径。此外,一步合成法有效避免了有害气体PH3的产生。对赝电容占比的计算表明(N,Ni,P)等杂原子的引入不仅能够增强离子吸附作用,还能提高碳材料的导电性。在0.05A·g-1电流密度下,该电池可以达到386.5 mAh.g-1的可逆比容量且表现出了优异的长循环稳定性。研究表明该材料作为LIBs阳极时,因“储层效应”的存在而引入了额外的容量。电化学分析进一步表明,表面受限的电容行为也有助于提升(N,P,Ni)三原子掺杂的多孔碳球阳极的储锂容量。2、杂原子掺杂通常会影响主体材料的电子结构,从而导致掺杂材料表现出与主体材料不同的储能特性。以金属有机磷框架材料为前驱体,通过低温碳化分别制备了(N,P)共掺杂、(N,Ni,P)三原子掺杂、(N,Co,P)三原子掺杂和(N,Ni,Co,P)四原子掺杂的多孔碳纳米球并探讨了各掺杂碳球的LIBs阳极特性。性能最佳的(N,Ni,Co,P)四原子掺杂的多孔碳球的粒径大小为～600 nm,比表面积为112.137 m2·g-1。作为LIBs的阳极,(N,Ni,Co,P)四原子掺杂的多孔碳球在0.1 A·g-1时表现出680 mAh·g-1的高可逆容量,优异的倍率性能(在1.0A.g-1时为115.9 mAh·g-1)和卓越的循环性能(在0.1A·g-1时100次充放电循环后容量为399.6 mAh.g-1)。研究结果表明,多孔碳球的比表面积、孔结构和结构缺陷与杂原子掺杂、电荷转移电阻和锂离子扩散系数相关且锂离子扩散系数随着杂原子掺杂种类的增加而提高。3、通过高温碳化镍基金属有机磷骨架前驱体,制备了碳包覆Ni2P纳米颗粒嵌入海胆状多孔碳(Ni2P@C@EPC)的纳米结构。Ni2P@C@EPC的直径为～3μm,比表面积达到了372.96 m2·g-1。海胆状碳球结构有利于限域Ni2P和Li+之间的反应,促进Li+扩散迁移率并抑制充放电体积变化。电池测试结果表明,Ni2P@C@EPC在0.2 A·g-1时显示出807.7 mAh·g-1的高比容量并具有优异的倍率性能(在 0.1、0.2、0.5、1.0和2.0A·g-1时比容量分别为 592.1、455.9、346.1、236.4 和 160.69 mAh·g-1)和长循环稳定性(在0.2 A.g-1电流密度下经过100个循环后比容量为464.8 mAh·g-1)。此外,Ni2P@C@EPC在LIBs长循环时的微观结构演变结合电化学分析佐证了其可以作为高性能LIBs阳极的选择材料之一。