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本文以电极材料的形貌设计为出发点，研究了一维碳纳米线阵列材料的可控合成。以碳纳米管（CNTs）和碳纳米纤维(CNFs)生长机理为依据，制备了一种结构新颖的螺旋碳纳米纤维(HCNFs)薄膜电极，并详细讨论了其结构与电化学性能的对应关系。另一方面，本文从制备具有纳米电缆类结构的复合电极出发，设计并制备了内核材料为CNTs阵列、外壳材料为Fe3O4纳米片的复合电极。两部分内容均体现了同一思想，即电极材料的电化学性能可以通过精心设计目标材料的结构并以一定手段控制合成来实现。具体工作如下:
(1)采用化学气相沉积(CVD)法合成了直接生长于集流体表面的HCNFs薄膜电极。HCNFs由多根CNF心s缠绕而成，其中CNFs的石墨晶面具有垂直于纤维轴向的取向性。这种开放的结构为锂离子的嵌入、脱出提供了方便，使得材料具有优秀的电化学性能，在电流密度为400mA·gq-1下可逆比容量为550mAh·g-1，加大电流密度到2000mA·g-1可逆比容量仍可达到467mAh·g-1。
(2)采用电沉积法可控制备了CNTs-Fe3O4复合电极材料，该制备方法简便、高效，可以对复合材料的形貌进行有效的控制。复合材料结构稳定，Fe3O4纳米片与CNTs阵列结合力强。其中合成的CNTs-Fe3O4(Fe3O4占37wt.％）组份的复合电极其首次放电比容量为1033mAh·g-1，首次充电比容量741mAh·g-1，在多周循环后比容量仍能保持在620mAh·g-1，高于CNTs阵列和Fe3O4纳米颗粒的容量。电极良好的循环性能和高容量保持率应归功于CNTs阵列与Fe3O4纳米片的有效复合使得材料同时具备了两种组份各自的优势。