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我们针对锂二次电池电极材料目前存在的低活性、低稳定性问题，成功将纳米结构碳基底（多孔碳、碳纳米管、石墨烯等）与活性电极材料进行复合，构筑具有优异电化学性能的新型复合电极材料。具体而言，本论文的主要内容包括如下四部分: （一）硫/核-壳结构介-微孔碳复合材料的制备及其在锂硫电池中的性能研究 锂-硫电池是极具应用前景的下一代高比能金属锂二次电池，其理论比能量要比传统锂离子电池高出4-5倍。然而，锂硫电池硫正极却存在电导率低下、中间产物多硫化锂易溶于电解液等问题，造成活性材料利用率低，循环恶化等问题，从而限制了其性能发挥和实际应用。为解决以上问题，通常的解决思路是将硫与多孔碳材料复合，实现硫分散且固定在导电多孔碳的孔道中，以提高活性硫的利用率，并抑制硫的溶解扩散，改善锂硫电池的电化学性能。介孔碳具有高孔容优点，可以保证较高的硫载量，但其对硫的限域能力有限;微孔碳虽可以有效的限制多硫离子的溶出，但却存在负载量低的问题。在这部分工作中，我们通过水热的方法在介孔碳CMK-3的表面包覆微孔碳MPC，构建核-壳结构介-微孔碳CMK-3@MPC，并将其作为硫载体材料成功应用于锂硫电池中。该复合型核-壳多孔碳材料有效的结合了介-微孔碳二者的结构优势，实现了高硫负载量以及稳定的循环性能，从而使其有望应用于高比能锂硫电池中。 （二）硫/高导电石墨化纳米碳笼复合材料的制备及其在锂硫电池中的性能研究 sp2型碳材料（如碳管、石墨烯等）具有很高的电子电导率和结构稳定性，当其作为电极基底材料，可以显著的提高活性电极的电化学性能，因而被广泛应用于能量存储器件中。然而，sp2型碳由于有限的的孔容量而并不能作为理想的硫载体应用于锂硫电池。当其与硫单质复合时，由于缺少储硫位点，活性硫容易团聚为大块颗粒、分散性差，并且极易溶解于电解液，因而不利于硫电化学性能的发挥。在这部分工作中，我们向sp2碳骨架中引入石墨化中空纳米碳笼结构，构筑一种高效的碳载体材料(G@HGNs)应用于锂硫电池。在碳基底中，中空石墨化纳米碳笼作为硫的高效反应器，不仅可以实现硫较高的电化学活性，还可以有效限制多硫离子的溶出;石墨烯夹层与HGNs中的短程石墨片区域共同构建一个sp2碳骨架网络，可以为硫提高高速的电子通道，同时缓解硫正极材料在嵌脱锂过程中由于体积变化造成的应力，进而保证结构稳定性。该碳材料具有很高的比表面积（979 m2 g-1）以及孔容(1.10 cm3 g-1)，硫的负载量高达77 wt％。当作为硫正极应用在锂硫电池中时，S/(G@HGNs)表现出非常优异的电池性能，包括高比容量（首圈放电容量约为1375 mA h g1），高倍率性能（5C倍率下容量可保持765 mAh g-1），以及长循环稳定性（1000圈电池的衰减率仅为0.0257％）。因此，该方法为新型高能量密度锂硫电池硫碳正极材料的构建提供了一个可行的途径，并且有希望应用于其他能量存储领域。 （三）硫/分级多孔石墨化碳球复合材料的制备及其在锂硫电池中的性能研究 分级纳米多孔碳载体由于具备不同孔尺寸特征，作为锂硫电池的载体材料有着出色的性能。在分级孔道中，较小的介孔有利于限制多硫离子的扩散和溶出;而较大的介孔/大孔则有利于电子和离子的传输，从而提高倍率性能，同时还可以缓解硫正极的体积膨胀效应。因此，大小介孔连通的双介孔结构碳材料作为硫电极的载体时，其性能要优于仅具有单一孔径的介孔碳。然而，其丰富的孔道特征使得其不能承受住过高温度的热处理，故多孔碳材料的石墨化程度一般不高，不利于电子导电性。因此，寻找一个方法简单、低成本、高效的路径来制备具有分级孔道结构、高度石墨化特征的纳米碳载体材料非常重要。在本部分工作中，我们开发出一种简单的、可实现批量生产的活化方法制备得到分级多孔石墨化碳球(HPGC)，并将它用作载硫碳基底材料。同时，我们探究了不同Fe盐催化剂比例对碳材料的孔道结构以及石墨化程度的影响，进而探究其对硫正极电化学性能的影响。结果表明，使用适当含量的Fe盐催化剂活化的碳材料（HPGC-3）具有最合适的孔径分布以及石墨化程度，得到的硫碳复合正极材料S@HPGC也具有最优异的电化学特征:可发挥高可逆首圈比容量(1265.3 mA hg-1)，循环稳定性（循环200圈，容量保持率高达80％）以及倍率性能(2.0C时可逆容量为788mA h g-1)。该方法得到的材料简便可行，不但有助于实用型锂硫电池电极材料的开发，也可适用于其他储能领域材料的合成与开发，从而更好地满足交通运输和大型固定式储能等新型储能应用的需求。 （四）碲/微孔碳复合负极材料的制备及其在锂离子电池/中的性能研究 传统的锂离子电池碳负极虽然具有众多优点，但由于其与金属锂的电极电位相近，在电池过充时，可能会在碳负极表面析出锂枝晶，从而带来安全隐患。尖晶石型钛酸锂负极材料(LTO，Li4Ti5O12)具有相对较高的对锂电位(1.55 V, vs.Li+/Li)，可以避免锂枝晶的产生，从而确保了电池在使用过程中的安全性。然而，LTO材料的理论比容量太低（质量比容量175 mA h g-1，体积比容量613 mAh g-1），加上其相对高电位使得LTO作为负极的锂离子全电池能量密度太低。此外，LTO材料的导电性很差（固有电导率为10-9 S cm-1），大电流放电容易产生较大极化等问题，进一步限制了它的商品化应用。因此，开发出一个具有合适工作电压、高体积/质量能量密度的新型锂离子电池负极材料非常重要。作为硫、硒的同一主族元素，碲的电导率非常高(2×102 S m-1)，工作电压范围与LTO相似，同时具有与S、Se相当的高体积比容量(2621 mAh cm-3)，因而也是一类具有高潜力的负极材料。然而，体相碲材料在循环过程中也存在一定程度的穿梭效应，不利于材料的长期循环。为了解决这个问题，我们将碲负载入微孔碳基底中，制备了碲碳复合负极材料(Te@MPC)用于锂离子电池。拉曼表征结果显示，碲在复合物中以螺旋链结构形式存在。电化学测试表明，该复合负极材料的平均工作电压在1.5 V左右，并且可逆比容量可高达2558 mAh cm-3(是LTO负极的4.2倍，613 mAh cm-3)。链状Ten分子具有优良的电子电导率，加上碳基底微孔较强的限域能力都保证了Te@MPC负极材料优良的高倍率性能以及长循环稳定性。我们将Te@MPC负极与传统LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2正极搭配成一类新型锂离子全电池，也表现出较好的循环稳定性。这种新型复合负极材料的成功制备，为构建高安全、高比能锂离子二次电池提供了更多的选择。