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能源危机和环境污染是当代社会面临的两个主要问题,研发出绿色、环保的清洁能源和能源转换、储能的装置已经成为当务之急。锂离子电池具有高能量密度和使用电压以及无记忆效应和绿色环保等优点,已经应用于各个方面,如一些3C消费类电子产品和电动汽车等。目前,石墨的理论比容量仅有372 mAh.g-1,已经不能满足市场的需求,急需研发出可替代的负极材料。然而,多数新型的负极材料,如硅基、锡基和过渡金属氧化物、硫化物、磷化物等,存在材料本征电导率低和材料在循环过程中体积变化率高这两个主要问题亟待解决。针对这两个问题,常采取碳包覆改性的方法进行改善,本课题基于方法,成功制备了具有碳包覆复合结构的硅氧碳纳米球（SiOx/C@C、SiOx/C@void@C）和磷化钴纳米线（CoxP@NC）负极材料,实验结果表明了碳包覆改性的方法能有效的提高材料电化学性能。具体研究内容如下:在第一部分工作中,采用Stober法,以3-巯丙基三甲氧基硅烷（MPTS）为模板和硫源形成一种含巯基（-SH）修饰的有机硅模板,多巴胺为碳源和氮源进行包覆,经不同温度（800、900、1000和1100℃）煅烧后形成具有碳层包覆结构的SiOx/C@C-x纳米球（x为碳化温度）,然后用HF刻蚀一定时间后得到蛋黄壳结构的SiOx/C@void@C-x纳米球。实验测试结果表明,随碳化温度提高,SiOx/C@C-x和SiOx/C@void@C-x纳米球的储锂性能也相应提高,这得益于碳石墨化程度的提高,而在1100℃的性能和1000℃的性能提高不大,可能是更高温度碳化下导致的球壳表面结构的破坏引起的,表明在1000℃下具有最佳的储锂性能。此外,在合成过程中引入的氮、硫元素也极大提高纳米球其材料的导电性,通过对比分析发现SiOx/C@void@C-1000纳米球的储锂性能也要好于SiOx/C@C-1000纳米球,这主要是由于HF刻蚀部分SiO2之后,SiOx/C@void@C纳米球有更多的缓冲空间,进一步减小其在循环过程中的体积变化率,其稳定性也要好于SiOx/C@C纳米球。在小电流密度0.1 A.g-1下测试,SiOx/C@void@C-1000电极材料的初始放电比容量为1923 mAh.g-1,第2圈后的为946 mAh·g-1,100圈之后为879 mAh·g-1,容量的保持率达到93.6%,而SiOx/C@C-1000电极材料的容量保持率较低,只有78.0%;在大电流密度1.0A·g-1下循环500圈后,SiOx/C@void@C-1000电极材料的放电比容量保持在584 mAh.g-1,而SiOx/C@C-1000电极材料的则仅有389 mAh.g-1,所以最终得出SiOx/C@void@C-1000具有最好的电化学性能。在第二部分工作中,首先采用水热法合成CoOH（CO3）0.5.11H2O（Co-CH）纳米线,并作为Co金属源和模板,而2-甲基咪唑（2-MeIM）为有机配体,在Co-CH纳米线表面原位生长出一层MOF（ZIF-67）,经过高温碳化和磷化处理之后,得到一种ZIF-67衍生碳包覆复合结构的CoxP@NC纳米线。同时,作为对比材料,将Co-CH纳米线直接进行磷化处理,得到CoP纳米线。通过对比研究发现,CoxP@NC电极材料的储锂性能要远远好于CoP电极材料,在小电流密度0.1 A.g-1下,CoxP@NC电极材料的初始放电比容量为2146 mAh.g-1,第2圈后的为1143 mAh.g-1,100圈之后下降为928 mAh.g-1,容量的保持率为81.2%,而CoP的在100圈之后下降为191 mAh.g-1,容量的保持率仅为18.1%;在大电流密度1.0 A.g-1下循环700圈之后,CoxP@NC电极材料的放电比容量还保持了 526 mAh.g-1,而CoP电极材料的仅有140 mAh.g-1,这得益于CoxP@NC电极材料独特的结构,它的ZIF-67衍生碳包覆层一方面可以提高电子的迁移率和锂离子扩散速率,一方面又能减缓CoxP纳米颗粒在循环过程中出现的体积膨胀。此外,纳米线为模板的原位生长的方法避免了 ZIF-67在高温碳化过程中出现的颗粒团聚现象,使得CoxP@NC电极材料具有更好的储锂性能。