高能量密度二次锂电池是目前化学电源领域研究和开发的重点。单质Se以与单质硫相当高的理论体积比容量,而电导率却高出单质硫20个数量级的显著优势成为高能二次锂电池中有应用潜力的新型正极材料。目前,锂-硒电池的研究还处于初始阶段,与二次锂硒电池相关的关键材料如正极材料、电解液以及粘结剂等开始成为重要的研究方向。本文主要开发高性能的硒基正极材料,同时研究了具有高理论比容量的四氧化三铁基二次锂电池负极复合材料。稳定Se单质为具有螺旋状长链分子结构的三方晶相,因此采用“自下而上”液相合成易得到大长径比的微米Se晶线,该线状Se晶为正极材料时Se利用率低,难以获得高比容量。因此本文首先制备高比表面积和大孔容的孔碳材料,然后热处理固体Se和孔碳混合物,熔融态Se将在毛细管作用力下进入碳孔内并在其内结晶形成无定形Se或微晶Se颗粒,即通过控制活性物质Se的尺寸和形貌,提高Se利用率,从而获得高性能Se基正极复合材料。本论文研制了两种不同结构的孔碳材料,进而合成两种相应的硒/孔碳纳米复合材料。通过XRD,BET以及Raman等测试对所制备材料的物理性能进行表征。重点研究了两种硒/孔碳复合材料作为新型Li-Se电池正极材料的电化学性能。采用F127胶束和纳米Fe3O4颗粒为模板剂、酚醛树脂为碳源合成出具有小于4 nm小孔和10~35 nm大介孔两种孔分布的分级孔碳材料(HPC),通过热熔融扩散技术将单质Se引入到HPC孔内得到Se含量为50%的Se/HPC纳米复合材料。首先研究了两种电解液对Se/HPC电化学性能影响,发现与使用Li TFSI-DOL-DME电解液相比,Se/HPC复合材料在Li PF6-EC-DMC电解液中表现出更高比容量、更好的循环稳定和倍率性能。在150 m A g-1电流密度下的前60次循环中,比容量稳定在420 m Ah g-1不衰减;倍率测试中,当电流密度从900 m A g-1回到150 m A g-1时,比容量从200 m Ah g-1回复到410 m Ah g-1。通过分析交流阻抗(EIS)谱图认为,Se/HPC在60次循环以后比容量衰减主要是由三维相通的大介孔内活性物质Se或Li2Se团聚造成的,这一结论通过二次热处理挥发去除大介孔内部分单质Se得到的Se(33%)/HPC的循环稳定性提高(100次比容量不衰减)得到证实。将生活废弃品柚子皮通过高温碳化和KOH活化制备出具有高比表面、大孔容且半石墨化结构的孔碳材料(PPDC)。首次使用生物质衍生碳为电活性物质Se的基底材料,通过球磨和热熔融-扩散技术成功将单质Se灌注到PPDC的小孔(<4 nm)中得到高硒含量(47%)的纳米复合材料Se/PPDC。研究了三种不同粘结剂对Se/PPDC电性能影响,发现使用海藻酸钠水溶液为粘结剂时,Se/PPDC电极具有高的放电电压、接近理论值(675 m Ah g-1)的比容量及较好的循环稳定性能。在前35次循环过程中,Se/PPDC保持650 m Ah g-1稳定可逆比容量;经过100次循环,容量保持率为61.5%。倍率测试中,电流密度为900 m A g-1时,电极表现出440 m Ah g-1稳定可逆容量;当电流密度降回到150 m A g-1时,630 m Ah g-1的比容量重新获得。经XPS分析证实,经首次放、充电后Se/PPDC电极表面有一层SEI膜生成,认为Se/PPDC优异的电化学性能除归功于其特殊结构,应该还与SEI膜的稳定性有关。金属氧化物是一种高理论比容量的新型锂离子电池负极材料,在电动汽车、高储能电池等方面的具有很好的应用前景。本文以纳米碳酸钙为造孔剂制备出一种新型结构的泡沫碳材料(FC),采用浸渍-煅烧方法在FC孔内原位合成粒径为20 nm左右的Fe3O4颗粒。所形成的Fe3O4/FC复合材料作为锂离子电池负极材料时表现出高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。在电流密度分别为0.1 C(1 C=1000 m A g-1)、0.5 C甚至5 C下,Fe3O4/FC电极分别保持1100、700和250m Ah g-1稳定比容量且循环100次不衰减。认为具有半石墨化碳结构、薄碳层为骨架的泡沫碳(FC)基底材料的引入对Fe3O4电化学性能提高有显著作用,不仅有效抑制了活性物质的团聚以及锂化过程由于体积变化引起的结构破坏,而且有助于电子和Li+的快速传输。Fe3O4/FC复合材料以原料价廉、制备简单以及优异电性能优势将是一种有应用前景的锂离子电池负极材料。