为进一步拓展钠离子电池低成本优势,采用地壳内广泛分布的元素作为电极材料非常重要。近年来的研究发现,多种铁基材料、如氧化铁、铁的硫属化合物可应用于钠离子电池潜在的负极材料。铁元素在地球上广泛分布且含量丰富,其在陆地或海洋中均易被开采,而且铁元素自人类文明以来就被广泛利用,制造成本低和提取难度低,为其在低成本钠离子电池电极材料中的应用提供了重要的基础。在此背景下,本论文针对铁基材料的活性结构制备及其在二次离子电池中的应用进行了多体系的探索和研究。研究了不同复合结构对铁基活性材料在钠离子电池、钾离子电池中的性能影响,为铁基材料在电化学储能应用的推广提供了技术和理论参考依据。以下为具体研究内容:(1)制约硫化铁材料进一步商业应用的重要问题之一其是充放电稳定性仍亟待提高。本章节实验利用草酸高铁铵作为铁源、尿素作为碳源,调控高温热解-铁催化碳石墨化机制,实现了石墨化碳包覆铁基前驱物结构的一步合成。通过简单的液相腐蚀技术,调控了包覆结构内铁基结构的尺寸大小,最终实现了包覆碳形貌内空隙结构的控制。通过原位硫化得到了具有空隙结构石墨碳包覆的硫化铁材料。对具有空隙结构的石墨化碳包覆硫化铁在钠离子电池、钾离子电池中的电化学性能进行了研究。结果表明,具有空隙结构的石墨碳包覆硫化铁结构可提供稳定的电化学储钠(循环300圈可保持560mAh/g的容量,0.5 A/g电流密度)与储钾(循环300圈可保持322mAh/g的容量,1 A/g电流密度)性能。同时,该工作中FeS稳定的储钠与储钾高容量性能主要源于其外围包覆的具有空隙结构的石墨化碳结构。石墨化碳提供了重要的电子导电性,而空隙结构缓冲了内部FeS的体积变化。这使得整个复合结构得以保持稳定的表面SEI膜结构,反应可逆性高,离子电子通路稳定。这种特别的空隙石墨化碳包覆的FeS结构在其他高容量活性材料的结构设计中可提供重要的参考,进一步推动过渡金属化合物及其他高理论容量材料的电化学储钠储钾应用。(2)铁碳二亚胺是具有有机无机杂化结构的另一类铁基材料,其被认为是极具潜力的二次电池电极材料,但目前该材料报道的制备技术复杂、条件苛刻,且目前的制备技术使得材料较难与其他结构进行复合。在此背景下,本章实验采用草酸高铁铵为铁源、尿素为碳源,通过精确控制原料的热解工艺参数,首次实现了铁碳二亚胺与热解碳复合结构的一步制备。利用碳纳米管作为高导电性基体材料,对铁碳二亚胺材料进行了高导电性碳与热解非晶碳结构的同步复合。通过探索不同热解温度和表面活性剂存在条件下产物的形貌变化,对碳纳米管在尿素热解产物结构中的分布状态和铁碳二亚胺结构的形成过程进行了探索和分析。同时对所得铁碳二亚胺/石墨烯/碳复合结构在不同表面活性剂、不同集流体影响条件下的钠离子电池存储性能进行了分析与讨论,并利用非原位技术对产物的充放电储钠化学反应机理进行了分析。(3)硒化铁在二次电池中可提供极高的理论容量,其主要缺陷在于倍率性能较弱。本章实验采用草酸高铁铵、盐酸多巴胺为原料,通过液相沉淀结合固相热解-硒化技术,对不同前驱物结构的产物进行了原位硒化合成。通过对比不同前驱物的硒化后组成、结构以及其作为钠离子电池倍率性能的探索,对反应过程中的一些关键条件对产物形貌和性能的影响进行了研究。所得最佳硒化铁/碳活性结构展现出较佳的倍率性能,在低电流下(100mAh/g)展现出600mAh/g以上的高储钠容量,在5A/g的高电流密度下仍可展现出300mAh/g以上的储钠容量。但该材料形貌特征中铁基活性结构较为开放,因此其储钠稳定性较弱,后期需要考虑进一步利用惰性结构改善材料的稳定性。