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锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、使用寿命长等特点，已成为便携式电子设备的主要能源。随着锂离子电池广泛应用于混合动力车、电动车等大功率设备中，人们开始开发具有更高能量密度和倍率性能的锂离子电池。开发高容量、良好倍率性能和长寿命锂离子电池的关键，是制备具有高比容量、良好倍率性能以及循环稳定性的负极材料。不使用粘结剂和炭黑，可以提高电池的整体容量。将电极活性材料纳米化可以提高电极的倍率性能和循环稳定性。同时，因为国内柔性屏幕的自主量产，如何将锂离子电池做成柔性能源将逐渐成为锂离子电池发展的新方向。传统的锂离子电池负极制备方法因为使用铜箔、粘结剂和炭黑，封装后弯曲性差且较重，无法成为有效的柔性设备电源负极。石墨泡沫柔性好，质量要远低于铜箔和碳布，具有成为锂离子电池负极集流体的潜力。因此，本文结合锂离子电池钴基负极材料的特点，以电沉积法为主体，制备无粘结剂和自支持的负极材料，从材料结构和材料组成出发，研究其循环性能、倍率性能等电化学性能，以期望对实际生产有一定的指导意义。本文主要开展以下几方面的研究工作: (1)CoO的理论比容量高，为716mA h g-1，约为石墨负极的理论容量的两倍。但是，CoO的电导率低，嵌锂过程中有较大体积膨胀，易发生电极材料的粉化。将CoO直接制备在集流体上，有利于提高电极完整性，提高电极循环稳定性。纳米化处理能提高锂离子扩散速率，提高倍率性能。首先采用电沉积法在铜箔上沉积金属钴，再用自维持的水解和刻蚀循环过程(SCHE)，制备Co(OH)2纳米片，最后在惰性气氛下煅烧得到直接生长在铜箔上的CoO纳米片。通过SEM和TEM的表征，证明电沉积时间、水热时间、水热溶液的成分等对CoO形貌结构产生较大的影响，可调节为纳米球、纳米片和纳米颗粒结构。纳米片多级结构有利于增加与电解液的接触面积，纳米片之间的空间有利于缓解体积膨胀，碳包覆后可进一步提高电极的稳定性。因此，在200次0.1C循环后，CoO纳米片的放电比容量为650mA h g-1。因为不使用粘结剂，电极完整性好，因此，阻抗降低，CoO纳米片的电荷转移电阻为25.2Ω，远小于涂覆法制备的CoO颗粒负极的470Ω。 (2)Co3O4的理论比容量高，为890mA h g-1，约为石墨负极的理论容量的三倍，且带隙为1.96eV，低于CoO的2.4eV。控制孔结构有利于实现Co3O4的更好的性能，且多孔结构有利于电解液的浸润和锂离子的传输。虽然将其制备于金属集流体上有利于提高电极的整体性，但是，柔性较差，较难弯曲，且以整个电极的质量衡量比容量时，比容量低。所以，采用轻质、柔性高的石墨泡沫为基底有利于提高整个电极的比容量，且能保证电极的弯曲性。首先，以电沉积法在石墨泡沫上制备卤族离子插层的Co(OH)2纳米片，然后，在惰性气氛中煅烧得到多孔Co3O4自支持柔性负极。XRD精修结果证明Co3O4的晶粒尺寸较为接近。通过调控溶液中溴离子和氯离子的比例，可以调节多孔Co3O4的孔结构，进而调节比容量。在100次0.1C循环后，多孔Co3O4纳米片的放电比容量为790mA h g-1。小于10nm的孔影响比容量，孔容影响锂离子的扩散。电荷转移电阻受比表面积影响，高比表面积可使电荷转移电阻降低。将电极材料组装为全电池，可作为手机的电源。 (3)CoS的理论比容量高，为589mA h g-1，高于石墨的理论容量。相比于钴基氧化物，CoS电导率高。CoS在循环过程中会发生电极粉化以及形成多硫化物，从而导致容量衰减。碳包覆可以解决这些问题，并增强CoS的循环性能。首先，以电沉积法在石墨泡沫上制备卤族离子插层的Co(OH)2纳米片，然后，在惰性气氛中煅烧得到Co3O4自支持柔性负极，再对电极进行聚多巴胺包覆，最后在惰性气氛和硫脲分解的H2S中进行硫化和碳化。这种自支持柔性电极分为三种形貌:具有空隙和完整碳壳的多孔CoS纳米片，具有完整碳壳层的较少孔的CoS纳米片以及具有不完整碳壳的多孔CoS纳米片。完整的碳壳层、空隙和多孔的CoS纳米片结构有利于增加锂离子的扩散，增强机械强度，进而，有利于循环和倍率性能。同时，氮和硫掺杂的碳层可以增加电极材料的电导率，这有利于提高倍率性能。因此，在0.1C的电流密度下，100次循环的全电极比容量为481.7mA h g-1，且电阻最小。 (4)CoP2的理论比容量高于氧化物和硫化物，为1330.4mA h g-1，但是，目前并没有对其锂离子电池性能的研究。其他钴基磷化物的锂离子电池性能研究表明，钴基磷化物在循环过程中电极的衰减速度快。因此，采用红磷蒸气实现CoP2的合成，并用聚多巴胺碳化实现碳包覆，进而，实现高电极比容量和高循环稳定性。首先，以电沉积法在石墨泡沫上制备氯离子插层的Co(OH)2纳米片，然后，在惰性气氛中煅烧得到Co3O4自支持柔性负极，再对电极进行聚多巴胺包覆，最后在氢气、氩气和红磷气化的蒸气中进行磷化和碳化。在磷化过程中没有实现磷元素对碳的掺杂。碳层的引入会降低首圈库伦效率，但是，可以显著提高电极循环稳定性和电导率，引入更多的电容行为容量贡献，因此，在0.05-3.0V电压范围内，100次循环的全电极的比容量为487.6mA h g-1，在0.2-3.0V电压范围内，最高的CoP2循环比容量为1166.5mA h g-1。碳包覆的CoP2倍率性能因为碳包覆而提高。