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随着能源问题日益严峻、电动汽车和移动电子产品的高速发展,新型二次可充锂离子、钠离子电池因其清洁、高效、高能量密度等优点备受瞩目。研究高能量密度、体积密度、高安全性、柔性和低成本的电池负极材料,是二次可充锂离子、钠离子电池发展和应用的关键问题。多种新型高体积密度负极纳米材料,如铋、三氧化二铋、铋酸铜和氧化铜,具有安全稳定、低成本和易合成等优势,有望发展成为下一代商业化锂离子/钠离子电池负极材料。本论文以上述负极材料为研究对象,以优化其电化学性能为目的,通过提高材料的导电性和构筑纳米电极材料,探索了多种纳米材料的制备方法,有效的提升了材料的循环性能和倍率性能。(1)基于一维Bi/C纳米线的锂离子、钠离子电池负极材料:本论文通过温和的静电纺丝方法制备了一维Bi/C纳米线材料,并系统地研究了碳纳米线中不同Bi含量对锂离子和钠离子电池性能的影响。Bi/C纳米线的结构和形貌表明Bi纳米粒子均匀地嵌入在碳纳米线内,且Bi粒子的直径在20 nm左右。电化学测试结果表明:Bi/C材料具有优越的循环性能和倍率性能:500圈循环之后,作为锂离子电池负极仍然具有316.7 mAhg-1的高容量,容量保持率在83%左右;作为钠离子电池负极时,500圈循环之后具有273.2 mAh g-1的容量,容量保持率为72%。Bi/C纳米线优越的电化学性能主要归因于独特的结构设计:Bi纳米粒子均匀的嵌入在碳纳米线内,有效的阻止了 Bi纳米粒子的团聚和充放电过程中的体积膨胀;碳作为电子的优良的导体,使Bi/C电极在充放电过程中具有更高的电子传递速率。(2)基于Bi2O3/C柔性、无粘结剂、自支撑膜的钠离子电池负极材料:以一维Bi/C纳米材料为基础,我们通过低温氧化合成了 Bi203/C柔性、无粘结剂、自支撑膜并将其应用于钠离子电池负极材料。作为柔性、无粘结剂的负极材料,Bi203/C电极在100 mA g-1、循环200圈之后仍具有430 mAh g-1的容量;在电流密度高达3200 mA g-1下,容量达到230 mAh g-1。在全电池的测试中,Bi203/C电极在400mA g-1、50圈循环之后的容量为252mAhg-1。Bi203/C电极的优秀电化学性能可归因于一维碳纳米线构成的三维导电网络以及超细Bi2O3纳米粒子(～10 nm)均匀的分散在碳纳米线内的协同作用,使柔性Bi2O3/C具有优越的循环性能和倍率性能。(3)基于三维层级CuBi204微球的高温锂离子电池负极材料:我们通过温和、环境友好的水热法合成了三维层级CuBi2O4微球,并首次应用于高温锂离子电池负极材料。CuBi2O4微球的尺寸约2.0～4.0μm,由直径为50～60nm的四方晶系纳米粒子组成。CuBi2O4微球的电化学性能显示出了强烈的温度依赖性。当温度升高到70 ℃时,CuBi2O4微球在100 mAg-1、循环500圈之后的容量高达525.1 mAh g-1。在高电流密度(6.4 A g-1)循环之后,CuBi2O4微球电极仍具有585 mA h g-1的容量。CuBi2O4微球优越的高温电化学性能主要归因于微球的层级结构和优良的热稳定性。(4)基于中空多孔结构的CuO/C微立方体的锂离子电池负极材料:我们以[Cu3(btc)2]n为模板,优化锻烧时间和温度制备了中空多孔结构的CuO/C微立方体复合材料。SEM和TEM结果表明制备的CuO/C微立方体为均一的中空多孔结构。电化学测试结果表明,中空多孔CuO/C微立方体电极在电流密度100 mA g-1、循环200圈之后的容量为510.5 mAh g-1。由于中空多孔结构提供更高的比表面积和复合材料中碳对电极材料导电性的提升,CuO/C电极在电流密度3.2 A g-1时仍具有232.78 mA h g-1的高比容量。通过TEM表征200圈循环之后的电极材料,结果表明CuO/C微立方体形貌得到有效的保持,进一步表明微立方体具有较为稳定的结构,更适合于锂离子电池负极材料。