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电动汽车等大规模储能的发展对锂离子电池提出了更高的性能要求,研发高性能负极材料是达到这些目标的关键之一。本文以硅碳复合材料和碳材料为研究对象,通过原位复合、退火条件优化、掺氮和多孔化等方式有效提高了材料的电化学性能,并探索了性能提高的内在因素。论文中分别以固相SiO2粉体和液相TEOS作为硅源,通过静电纺丝和热处理得到了自支撑结构的硅碳复合纳米纤维。相比于固相的非原位复合,以液相TEOS作为硅源得到的原位复合硅碳纳米纤维不发生团聚且尺寸均匀,800°C碳化后纤维为无定形结构。将该纤维作为锂离子电池负极材料,循环1000次可保持405 m Ah/g的容量;作为钠离子电池负极材料时,首次放电容量可达到429 m Ah/g,循环250次后还可保持150 m Ah/g的容量,这是硅碳复合材料首次作为钠离子电池负极材料的研究成果。该硅碳复合纳米纤维具有非常优异的电化学性能,主要与均匀的硅碳原子分布、无定形结构、氮掺杂、极好的柔性和机械强度以及自支撑电极有关。氮掺杂可有效提高碳材料的电化学性能,在前驱体中加入不同比例的尿素作为氮源可制备不同含氮量的氮掺杂碳纳米纤维。碳氮比为1:0.75(m:m)的氮掺杂碳纳米纤维表现出不错的低电流循环稳定和高倍率容量稳定性,这与合适的氮掺杂量和氮元素的形式有很大关系。利用模板法制备多孔结构的氮掺杂碳纳米纤维可进一步提高其性能。通过在前驱体中加入不同量的模板剂结合腐蚀处理,本论文成功制备出多孔氮掺杂碳纳米纤维。该纤维具有疏松多孔的网状结构,一定的柔性和优异的电化学性能,500次循环后的容量为473 m Ah/g(电流密度为1000 m A/g),在3 A/g的大倍率下充放电也能保持120 m Ah/g的容量,有望在电动汽车等大规模储能上得到应用。