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碳材料与高容量储锂纳米材料复合,是提高锂离子电池负极材料电化学性能的趋势。目前已报道的碳材料与储锂纳米材料的复合方式有碳混合、碳包覆、碳负载等方式。但为发展高性能锂离子电池,需充分发挥碳材料与高容量储锂纳米材料的协同优势。本论文以碳与储锂纳米材料复合方式为立足点,旨在探索合成碳与储锂纳米材料不同复合形式并且探索各种碳复合形式对电化学性能的影响。我们合成了碳包覆电极材料的新结构——环形核壳结构；发展了碳与电极材料的复合方式FeCl3石墨夹层化合物,研究一阶二阶两种阶结构的电化学性能,和可能的嵌锂机理；发展了一种空间-限制的纳米反应器方法合成了新型复合材料——氯掺杂石墨-FeCl2夹层复合材料。具体内容如下：1、合成了碳包覆电极材料的新结构——环形核壳结构。相较于传统的实心核壳结构,此结构碳与电极材料结合更为紧密。采用同步还原碳沉积过程,在乙炔气体氛中热处理Fe203纳米环前驱,成功获得了Fe3O4@C核壳纳米环。作为锂离子电池负极材料,Fe3O4@C纳米环电极展现了高比容量,优秀的循环稳定性以及良好的倍率循环性能。其在电流密度为200mAg-1下,循环160圈后充放电比容量达924mA h g-1。电化学性能的提高归因于其均一的抗应力环形核壳结构,具有减少的锂离子传输路径,增加活性材料与电解液间的暴露活性位点,以及提高缓冲锂离子点入与脱出所带来的体积变化的能力。2、通过室温自组装法制备了石墨烯负载的Fe203纳米环复合材料(RGO/Fe2O3)。Fe2O3纳米环均匀地镶嵌包裹与石墨烯片层上。作为锂离子电池负极材料时,RGO/Fe2O3电极展现了高比容量,良好的循环稳定性。其电化学性能的提高,归因于该复合材料整合了石墨烯与电极环结构的优势。复合电极不仅继承了Fe203纳米环优秀的动力学性能,同时,也拥有石墨烯来稳固结构,以及提高的导电率。3、合成了碳与电极材料复合更为紧密的结构——FeCl3-石墨夹层化合物(FeCl3-GICs)。在高压釜内采用膨胀石墨与FeCl3直接反应,通过改变反应条件,得到一阶和两阶两种阶结构的FeCl3-GICs。作为锂离子电池负极材料,FeCl3-GICs展现了高容量和良好的循环稳定性。其中二阶的FeCl3-GICs在200mA/g,循环100圈,容量为813mAh/g,在500mA/g,100圈后容量为760mAh/g。 FeCl3-GICs优异的电化学性能归功与其独特的夹层结构,不仅具有良好的电导率,能很好缓冲电极材料的体积变化,以及由于层间距的增大而提高的表面反应活性。4.发展了夹层复合方式,制备了新型复合材料电极——氯掺杂石墨-FeCl2夹层复合材料(C-Cl/FeCl2/C-Cl)。从二阶FeCl3-石墨夹层化合物出发,在石墨层间实现热解反应：FeCl3→FeCl2+Cl得到C-Cl/FeCl2/C-Cl。这里石墨层间充当“纳米反应器”的作用,不仅能抑制FeCl2晶体的快速生长,同时也能抑制Cl的溢出,并进一步与碳作用形成C-C1键以及夹层Cl。该复合材料电极,在500mAg-1电流密度下,电极循环350圈后,容量高达1043mAhg-1。在1000mAg1,电流密度下,循环1000圈,容量保持在516mA hg-1容量几乎无衰减。该材料良好电学性能归因于整合了复合材料,夹层复合结构以及氯掺杂石墨片的优势：具有优良的电子离子电导率,氯掺杂引发的π-电子离域效应以及三明治夹层结构均有利于容量的提高,并且三明治结构能抑制FeCl2纳米晶的体积膨胀。