化石能源的大量使用带来严重的环境问题,且单一化的能源结构无法满足未来的能源需求。清洁二次能源的发展引起了广泛的关注,尤其是通过电化学储能的锂离子电池体系。随着智能化电子设备以及新能源汽车的飞速发展,传统的锂离子电池体系的能量密度无法满足当前的需求,寻找下一代高能量密度体系的电池成为新的研究热点。金属氧化物由于具有低成本、比容量高等优点在储能器件中有广泛的应用,但同时也存在导电性差、结构稳定性差等问题。合理地设计结构以及材料制备,尽可能的消除其本征缺陷,提升储能器件的电化学性能,将极大程度地推动高能量密度电池体系的发展。论文首先采用NaCl模板法制备了Fe₃O₄纳米颗粒均匀分布在具有一定石墨化度的碳纳米片上的复合材料,并将其应用于锂离子电池负极材料。碳纳米片相互联结提供三维的导电通道,提升了电极整体的导电性,碳纳米片上具有大量的孔径结构,缩短了锂离子的传输路径,实现快速的充放电反应;另一方面,形成的约为10nm大小的Fe₃O₄颗粒均匀地分布在碳纳米片的孔隙结构中,多孔的结构能缓解锂离子脱嵌过程中带来的应力集中,其本身的纳米尺度也有利于电化学过程的快速进行。这一结构保证了电极材料在充放电过程中的整体稳定性,得到稳定的电化学性能表现。其次,论文介绍了通过抽滤的方法设计并制备了MoO₃和CNT中间层来改性锂硫电池隔膜。碳纳米管导电网络保证了电池整体的导电性,带来优异的倍率性能;被CNT网络均匀包裹的极性MoO₃纳米棒和多硫化物之间具有强烈的相互作用,能有效地缓解“穿梭效应”并显著提升电池的长循环性能。此外,紧密缠绕状的MoO₃纳米棒和CNT形成的多孔结构能提供大量的锂离子传输通道,在捕获多硫化物的同时不影响锂离子的传输,保证了电池整体优异的电化学性能。最后,论文介绍了通过同轴电纺的方法制备了TiN-KB修饰的中空碳纤维复合材料,并通过热熔法与硫复合得到高性能锂硫电池正极。在碳化过程中,核层SAN基本完全裂解形成内部空腔,TiO₂纳米颗粒和炭黑分散其间。本实验通过后续在还原气氛下处理,使TiO₂纳米颗粒与碳纤维中存在的N原子反应生成导电性更优的TiN,较大程度地提升了锂硫电池复合正极的电化学性能。