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锂离子电池的广泛使用极大地改变了人们的生活方式，而不断涌现的现代电动器件对电池性能也提出了越来越高的要求。石墨是传统锂离子电池的典型负极材料，但存在理论比容量（372 mA h g-1）比较低的缺点。纳米碳片不仅具有良好的导电性和优异的稳定性，而且具有开放的表面、高的比表面积、丰富的活性位等诸多优点，在高能量密度锂离子电池负极材料领域展现出广阔的应用前景。本论文以具有新颖结构和特殊组成的纳米碳片创制为核心，制备得到了兼具高石墨化程度和大比表面积的分级孔纳米碳片，以及纳米碳片复合结构（镶嵌有空心Co3O4纳米球），主要研究内容如下： 基于废弃树脂的高附加值利用，以FeCl3·6H2O为催化剂、ZnCl2为活化剂，一步催化活化制备了分级多孔纳米碳片。该材料实现了高石墨化程度（拉曼光谱，ID/IG=0.48）和大比表面积（2109 m2 g-1）的有机融合。实验表明，高石墨化程度源于铁的催化石墨化作用，有利于电子在电极材料上的快速转移；大比表面积得益于ZnCl2与FeCl3·6H2O的协同造孔效应。用作锂离子电池负极材料时，该纳米碳片在500 mA g-1的电流密度下展现出约1100 mA h g-1的比容量，且稳定循环150圈无明显衰减。在2000 mA g-1的高电流密度下进行300次循环充放电后，该材料比容量可稳定在约400 mA h g-1。本论文将废弃树脂转化为高性能纳米碳片，为废弃树脂的高附加值利用提供了一种新思路。 通过一种简单的水热-炭化工艺，利用催化水热和Kirkendall效应，成功制备了基本结构单元为内嵌有Co3O4中空纳米球的纳米碳片花状组装体。该材料实现了Co3O4的超高量负载（83wt%）。用作锂离子电池负极材料时，该花状组装体在500和1000 mA g-1的电流密度下稳定循环400圈之后，分别保持约750和700 mA h g-1的高比容量。这种良好的电化学性能归因于零维中空纳米球、二维纳米碳片及三维结构间的协同效应。本论文证明了多级结构耦合策略在高性能锂离子电池电极材料的设计中具有明显的优势。