锂离子电池由于高容量,高能量密度等特有的优点已经成功应用到各种便携设备和电动车上。在锂离子电池负极材料研究中,商业化的石墨负极因为较低的容量难以满足社会对储能设备的要求,而无机负极在锂离子脱嵌过程中往往伴随着严重的体积膨胀,导致容量快速衰减。与此同时,有机负极由于其分子结构可设计,环境友好,成本低廉等优点吸引了研究人员的广泛关注,并且放电后没有明显的体积膨胀现象,因而,我们可以通过官能团的设计和显微形态的调整设计出具有更高容量和倍率性能的电极材料。然而,导电性差、易溶解于电解液和暴露的活性点位有限成为有机材料电化学性能提升的主要挑战。针对有机电极所存在的固有的缺点,本文尝试通过小分子钠盐化的方法抑制其在电解液中溶解,三明治层状结构的设计来加快锂离子的脱嵌速率,活性颗粒纳米化的手段获得更多的活性位点,多孔聚合物骨架的搭建获得优异的循环性能,主要内容如下:(1)为了降低有机羰基负极材料在电解液中的溶解性、以获得优异的循环稳定性能,将易溶于电解液的小分子有机羰基化合物钠盐化,制成不溶于电解液的羧酸钠盐(具体为柠檬酸钠、酒石酸钠、草酸钠和均苯四甲酸钠),实验结果显示,草酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠、和均苯四甲酸钠在50 mA/g的电流密度下,200次循环后分别可以获得619.6mAh/g,392.3 mAh/g,403.7 mAh/g和278.1 mAh/g,容量保持率分别为179%,148%,173%,108%。容量的上升主要是由于循环过程中电极活性大颗粒的裂解产生更多的活性位点,缩短锂离子的扩散距离。(2)为了提升有机共轭负极材料的导电性能和层状结构的稳定性能、以获得优异的倍率容量,我们制备具有大环共轭结构的三明治层状结构的4-硝基钇酞菁(TNY-Pc)化合物。XRD及TEM相关测试发现,酞菁分子堆积的层间距为0.307 nm。并且长循环后的层间距几乎没有发生改变,展示出了优异的结构稳定性。将其用做锂电的负极,在140mA/g的电流密度下,经过1150次循环后,仍可以获得610 mAh/g的高容量。即使在3A/g的电流密度下,也可以达到370.2 mAh/g。这种层状堆积的酞菁所具有的优异的循环寿命和倍率容量主要归因于酞菁分子所具有的多孔而稳固的共轭分子结构和丰富的N=O,C=C等活性基团。(3)为了获得更多暴露的有机活性物质的活性点位、以获得优异的容量和倍率性能和循环性能,本文利用静电纺丝工艺和多孔的硅藻土对有机物进行包覆,制备了纳米块,纳米棒,纳米线等不同形貌的NTCDA有机颗粒。电化学测试显示,纳米线型的NTCDA在100 mA/g的电流密度下,200次循环后仍可以达到1008.5 mAh/g,容量保持率可以达到91.2%mAh/g,高于纳米棒的753.2 mAh/g和纳米块的288.1 mAh/g。当电流密度提升到1.5 A/g时,纳米线型的NTCDA仍然可以拥有508.9 mAh/g,这种纳米线型颗粒结构所具有的长循环寿命和高倍率容量主要是由于纳米线具有更大的比表面积和更多的露出的活性位点,利于电解液的充分浸润,提高锂离子的扩散速率。(4)为了降低有机共轭电极材料在电解液中的溶解性、获得优异的循环性能和倍率性能,本文将酞菁化合物接枝在在MA-VA聚合物主链上,得到了多孔酞菁接枝聚合物MA-VA-PcNi有机框架电极材料。用于锂离子电池负极时,在200 mA/g下,400次循环后,可以获得512 mAh/g的容量,容量保持率可以达到71.5%。将其作为钠离子电池的负极材料,在100 mA/g下,首次可以获得335 mAh/g的比容量,经过400次循环,仍然可以获得289 mAh/g的容量。展现了优异的储钠性能。这一结果主要是由于MA-VAPcNi有机框架聚合物电极材料的分子内的多框架孔隙结构有利于锂/钠离子的迁移,提升了锂/钠离子的迁移速率,同时聚合物在电解液中的溶解性小,显示出优越的循环稳定性能。