能源是推动社会发展和经济进步的主要物质基础。但是随着石油、煤炭、天然气等化石燃料的不断消耗以及其对环境产生的破坏性影响,新能源开发就成为现代社会面临的严重的问题。锂离子电池作为一种新型能源具有比容量高、污染小、安全性能可靠等优点,具有很大的潜力。目前的锂离子电池主要以石墨为负极材料,其具有电导率高、循环寿命长、结构稳定等特点,但是其理论比容量仅为372 mAh·g^-1,而且石墨电极的大电流性能较差,这严重限制了其在大能量和大功率密度条件下的应用。因此,开发新的具有高比容量和大电流性能的电极材料成为需要人们迫切解决的问题。氧化铁具有储锂容量高,储量丰富、成本低、无毒无污染等优点,在锂离子电池的负极材料应用上有很高的前景。但是,铁氧化物的导电性很差,同时,其微观结构会随锂离子的嵌入和脱出发生显著的变化,从而导致结构崩塌,严重影响电池的循环寿命。如何解决这些问题成为氧化铁应用于锂离子电池负极材料的关键。本文研究了空心立方体和三维枝晶状Fe₂O₃材料的微观结构和电化学性能,同时根据所得结果,设计并制备了Fe₂O₃/C复合材料,以求获得高的循环寿命和稳定性。通过进一步的研究发现,Fe₂O₃/C复合材料与纯Fe₂O₃材料相比具有更高的循环稳定性和循环寿命。具体研究内容及结果内容如下:1)利用水热的方法合成空心立方体Fe₂O₃材料,对其形貌结构和物相组成进行表征研究,同时进行电化学性能研究。结果表明空心立方体Fe₂O₃材料具有很好的循环稳定性,100 mA·g^-1的电流密度下,首次充放电容量分别为993.9mAh·g^-1和1340.6 mAh·g^-1,在第100次循环结束后,其充放电容量分别为819.7 mAh·g^-1和827.9 mAh·g^-1。这表明空心立方体Fe₂O₃具有很大的应用潜力。2)利用水热的方法合成三维枝晶状Fe₂O₃材料,对其形貌结构和物相组成进行表征研究,同时进行电化学性能研究。结果表明三维枝晶状Fe₂O₃材料的循环稳定性较差,在第100次循环结束后,其充放电容量仅为320.8 mAh·g^-1和319.6 mAh·g^-1,但是其具有很高的首次充放电容量,在100 mA·g^-1的电流密度下首次充放电容量分别高达1276.8 mAh·g^-1和2052.1 mAh·g^-1。这表明其有一定的应用潜力。3)碳层的存在可以提高Fe₂O₃的导电性及结构稳定性,本实验期望通过对空心立方体及三维枝晶状Fe₂O₃进行碳包覆改性,合成氧化铁/碳复合材料来提高氧化铁材料的循环稳定性。对于空心立方体Fe₂O₃@C复合材料,碳层的存在大大的提高了空心立方体Fe₂O₃的首次充放电容量。在100 mA·g^-1的电流密度下的首次充放电比容量,分别为1913.4 mAh·g^-1和2673.5 mAh·g^-1。而对于三维枝晶状Fe₂O₃@C复合材料,其在100 mA·g^-1的电流密度下的首次充放电比容量分别为1098.8 mAh·g^-1和1156.2 mAh·g^-1,这与纯三维枝晶状Fe₂O₃材料相比略有降低,但是在第100次循环结束后,其充放电容量可以保持为971.7mAh·g^-1和982.4 mAh·g^-1,约为纯三维枝晶状Fe₂O₃的三倍,显示出极高的循环稳定习性和非常弱的衰减程度。这些结果表明空心立方体/三维枝晶状Fe₂O₃@C材料作为锂离子电池的负极材料有很高的潜力。