锂离子电池因具有高比容量、高工作电压和长循环寿命等特征,已广泛运用于移动、便捷式电器,并向化学储能系统和电动汽车体系发展。目前锂离子电池正极材料以层状钴酸锂材料为主,但由于钴资源紧缺、大电流充放电和高温环境工作不安全等因素,研究开发新一代高性能正极材料已成为最近研究的迫切任务。锰基锂离子电池正极材料相比于钴基或镍基材料具有安全性好、环境友好和价格低廉等优点,是一种很有发展潜力的正极材料。另外,传统锂离子电池是基于Li离子在正负电极上的嵌入和脱出反应来实现能量的储存和释放,这种过程一般一摩尔活性物质只能实现一摩尔Li+的可逆脱嵌,这就制约了锂电池的比容量。为此,具有能够实现多个电子变价的转换反应机制的正极材料成为研究热点。本论文选择传统脱嵌式的锰酸锂材料和化学转换反应的氟化碳材料为研究内容,研究工作主要从以下几个方面展开:　　 本论文采用以KMnO4与乙炔黑反应制备前驱体MnO2/C复合材料,并对前驱体在0.1 M LiOH溶液中进行水热180℃处理24 h,成功制备LiMn2O4/C复合材料。通过在氧气气氛下热处理MnO2/C复合材料,获得了空心状MnO2材料,通过SEM和TEM测试证明前驱体MnO2/C复合材料为MnO2在外、乙炔黑在内的核壳结构。对前驱体MnO2/C复合材料进行在不同LiOH浓度及不同反应温度条件下的水热反应,成功制备具有纳米结构碳包覆的LiMn2O4/C复合材料,克服了LiMn2O4在高温下容易被碳还原而不易进行碳包覆的困难。LiMn2O4/C复合材料电化学性能表征证实了该材料具有与通过高温固相法制备的LiMn2O4具有相似的循环伏安曲线。此复合材料具有优异的倍率性能,电流密度为2 A/g时,首次放电比容量达到83 mAh/g,经过200圈循环后容量保持率达到92％。　　 通过水热法成功制备质子取代的Li2MnO3材料,对其合成条件和化学式进行研究确认。结果表明,以MnOOH为前驱体、(NH4)2S2O8为氧化剂,在1.0 MLiOH条件下经过180℃水热处理24 h制备的材料具有较好的电化学性能。在电流密度为20 mA/g、电压范围为4.8-2.0 V的条件下,能够获得257 mAk/g比容量,具有较好的电化学活性,但循环稳定性不够理想。为了提高材料的循环稳定性,对材料进行高温热处理,结果表明,随着热处理温度的提高,出现尖晶石相,提高了材料的循环稳定性,如热处理温度700℃所制备的材料,首次放电比容量148mAh/g,并经过循环15圈后没有发生明显衰减。　　 设计和搭建高温氟化装置,通过控制氟化温度和氟化时间成功制备不同氟碳比例的氟化多壁碳纳米管材料。对所合成的一系列材料进行XRD、SEM、TEM、FTIR、Raman、13C SS-NMR和19F SS-NMR等表征。证明多壁碳纳米管材料的氟化机理是从碳管外侧向内侧逐渐氟化。随着氟化温度升高,多壁碳纳米管碳层中的C由sp2杂化向sp3杂化转变,并且碳层间距不断扩大,由原始材料碳层间距0.342nm增大到0.590 nm,同时C-F键能随着氟化温度增高逐渐增强。对不同氟化温度条件下合成的氟化多壁碳纳米管材料进行电化学放电性能测试,其中氟碳比为0.75时,材料具有最优比功率和比能量,放电电流密度4000 mA/g,能够获得1147Wh/kg高比能量和8998 W/kg高比功率。目前尚未见氟化碳可充性研究报道,本论文首次对氟化多壁碳纳米管材料进行充放电性能研究,在充放电电压范围为1.0-5.9 V、电流密度为40 mA/g条件下,观测到属于氟化碳材料的放电平台(约3.3 V),可逆容量达500-700 mAh/g,证明氟化碳材料在充到高电位时具有可充性。　　 以具有较好晶体结构的石墨微片为碳源,以高温气相氟化法通过控制不同氟化温度和氟化时间制备不同氟碳比例的氟化石墨微片材料,通过称重法、EDS和13C SS-NMR法对所制备材料的氟碳比进行确认。并对材料进行XRD、SEM、TEM、FTIR、Raman、13C SS-NMR和19F SS-NMR等表征,结果表明氟原子不易进入具有较好晶体结构的石墨微片材料,需要比氟化多壁碳纳米管材料更高的氟化温度。电化学数据表明,在电流密度为40 mA/g,氟化温度为550℃时所制备的材料能够获得最高比能量(1724 Wh/kg);在电流密度为2000 mA/g,氟化温度为500℃时所制备的材料能够获得最高比功率(3823 W/kg)。