锂离子电容器既具有锂离子电池的高能量密度,又兼具超级电容器的高功率密度和长循环寿命,因此是一种非常有潜力的新型电化学储能器件。获得高性能锂离子电容器的关键是实现电池型材料较慢的嵌脱锂反应与电容型电极快速的吸脱附过程的匹配和平衡。因此,设计和制备具有优异倍率性能的电池型负极材料是锂离子电容器功率密度提升的关键。本文设计和制备了核壳结构Fe3O4@C和三维网络结构Fe3O4/C@石墨烯复合材料,研究了其结构和嵌脱锂性能,将其分别与活性炭材料匹配构建了高性能的锂离子电容器,并探讨了锂离子电容器最优的电压范围和正负极质量配比。论文首先以生物质壳聚糖为原料,采用水热碳化的方法在纳米Fe2O3颗粒表面原位包裹一层壳聚糖衍生碳,并经过高温热处理改善碳层的导电性,同时将Fe2O3还原为Fe3O4,获得核壳结构Fe3O4@C复合材料。原位包覆生物质衍生碳的方式可以有效利用生物资源,抑制颗粒长大、改善材料导电性,并提供嵌锂过程中体积膨胀的缓冲空间。根据工艺所制备核壳结构Fe3O4@C复合材料表现出优异的嵌脱锂性能,在0.1 A/g电流密度下的比容量达到1116.1 mAh/g,循环200圈以后容量保持率维持在99.2%,库伦效率高达100%。将其应用于锂离子电容器中获得了110.1 Wh/kg的高能量密度。论文进一步将碳包覆的Fe30O4颗粒均匀负载在石墨烯表面,制备了三维网络结构的Fe3O4/C@rGO复合材料。石墨烯片层相互搭接,不仅可以提供三维高效导电网络,还可以有效缓冲嵌脱锂过程中Fe3O4颗粒的体积膨胀,协助维持电极结构稳定。所制备三维网络结构的Fe3O4/C@rGO复合材料表现更为优异的嵌脱锂性能,在0.2 A/g下的比容量1241 mAh/g,循环500圈以后与初始容量相比并未衰减,库伦效率100%。将其与壳聚糖制备的活性炭正极组装成锂离子电容器中可以实现超过110 Wh/kg的能量密度。本论文研究成果对设计和制备高性能锂离子电容器具有重要的指导意义。