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具有更高性能的锂离子电池是人们不懈的追求目标。本论文研究碳化锂(Li2C2)作为锂离子电池正极材料的性能与结构变化，以及锂在多孔碳负极材料中的沉积过程。 通过放电等离子体烧结和高温固相反应合成了碳化锂(Li2C2)，考察了其作为高比容量锂离子电池正极材料的性质。研究发现，当在2.0-4.6 V电压范围循环时，该材料中大约有50％的锂离子可以可逆脱出/嵌入，对应可逆比容量700mAhg-1。第一性原理计算发现，脱锂之后，C≡C会发生扭转、移动，形成C4(C≡C…C≡C)链。C4链的形成破坏了Li2C2结构对称性，从而激发出C≡C的红外活性。通过分子动力学拟合该材料的离子扩散路径发现，虽然该材料具有层状结构，但却存在三维联通的扩散通道。该材料的禁带宽度为3.2eV，扩散活化能约0.5eV，说明其电子和离子导电性较差，实际应用应注意改善电子导电性并减小离子扩散行程。 用溶剂热方法合成纯相CoCO3。在0.0-3.0V电压范围内充放电，该材料的可逆比容量高达1500mAh g-1，远超过发生一次转换反应(CoCO3+2Li++2e-(←→)Li2CO3+Co)的理论比容量(约450mAh g-1)。分析发现，由于纳米金属钴的存在，第一次转换反应生成的Li2CO3可以继续发生还原分解，生成Li2C2和Li2O(Li2CO3+5Li++5e-(←→)0.5Li2C2+3Li2O)。在随后的充电过程中，Li2C2和Li2O可以反应生成Li2CO3，并最终回到CoCO3。该发现为通过简单的电化学反应制备Li2C2等具有优良电化学性能的电极材料提供了一种新的方法。 以CaCO3为模板，热解蔗糖合成出介孔碳材料，采用核磁共振(NMR)并结合电化学嵌脱锂过程研究其低电位下的脱嵌锂机理。研究发现，电池放电到0.1V之前，锂会欠电位沉积在多孔碳的孔内，这些锂具有与金属锂相同的NMR化学位移，说明沉积锂与碳没有相互作用，原因可能是合成多孔碳孔径较大。完成欠电位沉积后，锂开始嵌入多孔碳的碳层间(起始电位约-28mV)。在嵌入反应结束后，金属锂开始在电极表面沉积(沉积起始电位约-38 mV)。研究阻抗谱随循环次数的变化发现，长期循环导致电池的电荷转移电阻减小，这可能是电池活化的一个重要原因。