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随着便携式电子产品,电动汽车对储能设备的需求日益增长,锂离子电池(LIBs)由于具有高能量密度,长循环寿命和环境友好等优点受到广泛研究。商业化石墨由于成本低,化学稳定性良好通常被用作负极材料,但是其较低的理论容量和缓慢的锂离子扩散动力学限制了该材料在高性能锂离子电池中的应用。过渡金属氧化物理论容量高,但是具有导电性差,体积效应显著等缺点,为了对过渡金属氧化物材料进行改性,提高其电化学性能,本论文制备镍钴基金属氧化物/碳纳米纤维负极材料并研究其电化学性能。本论文主要研究内容分为以下三部分:(1)利用碳纳米纤维,通过简单的水热法合成六边形NiO纳米片(H-NiO),作为锂离子电池负极材料。该材料的首圈放电和充电容量分别为1357.2 mAh·g-1和1002.6 mAh·g-1,首圈库仑效率为73.87%。H-NiO纳米片表现出优异的循环稳定性,在100 mA·g-1的电流密度下,循环45次后可逆容量保持为1111.6 mAh·g-1。在放电过程中,计算得到H-NiO纳米片的锂离子扩散系数为7.517×10-12 cm2 s-1,Li+扩散较快。六边形结构较为稳定,解离后的碳纳米纤维可以缓解材料的体积效应,从而提高电化学性能。(2)通过水热法合成新型异质结构NiO/Ni3S2纳米片,并与碳纳米纤维(CNF)膜复合。NiO/Ni3S2纳米片均匀地分散在CNF网络中,如同树叶和树枝紧密结合。碳纳米纤维网络能够有效防止颗粒粉碎,缓解NiO/Ni3S2的体积变化,同时,NiO/Ni3S2纳米片通过碳纳米纤维的导电通道提高Li+扩散速率和结构稳定性。在电流密度为0.5 A·g-1 下循环 200 次后,NiO/Ni3S2/CNF 的容量达到 519.2 mAh·g-1,而 NiO/Ni3S2在40次循环后容量衰减至71 mAh·g-1。由于NiO/Ni3S2和CNF的协同效应,柔性NiO/Ni3S2/CNF电极显示出优异的可逆储锂能力。(3)通过回流法合成多级结构CNF/CoO复合膜,钴化合物在120℃低温环境下直接生长在CNF基底上,且容易实现大规模合成。通过调节起始钴盐浓度可以有效控制CoO的晶体形态。纳米颗粒-纳米片-微米颗粒多级结构对电化学性能的提高起关键作用。CNF具有良好的导电性和结构稳定性,在复合电极中提供快速的电子导电通道,有利于提高倍率性能和循环性能。具有多孔结构的CoO纳米片增强了离子导电性,并且适当的CoO负载量能够增大CNF/CoO复合电极的比容量。通过结合CNF和CoO的优点,适量CoO负载量使CNF/CoO-4复合电极在锂离子电池和钠离子电池应用中表现出优异的电化学性能。CNF/CoO-4样品在LIBs中以0.2 A·g-1电流密度循环100次后容量呈现为530 mAh·g-1,并且在SIBs中以0.05 A·g-1电流密度循环50次后容量为193 mAh·g-1。此外,在CNF/CoO//LiCoO2/A1扣式全电池中,CNF/CoO-4在0.1 A·g-1电流密度下循环55次后具有430 mAh·g-1高可逆放电容量。回流法可用于合成CNF负载不同晶体形貌的金属氧化物,并且用于高可逆的储能设备。