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锂离子二次电池作为一种新型清洁可再生能源,吸引了越来越多的科学研究人员的兴趣和社会大众日益增加的关注。随着科学技术的不断发展,对锂离子电池性能的要求也就越来越高,而目前锂离子电池的容量和性能已经达到瓶颈。原因在于当前的商业化锂电池的负极材料石墨的理论容量只有372 mAh/g,这极大地限制了锂离子电池向前发展。提升锂离子电池负极材料的性能是改进锂离子电池性能的一个有效途径。因此研究者们开始致力于研究新型高容量复合材料用于替代石墨负极材料,例如:金属氧化物和碳的复合材料。这种复合材料充分地利用了金属氧化物和碳材料的优势,不仅可以大大地提升整个材料的导电性,还有助于提升材料的理论容量。因此,金属氧化物和碳的复合材料是一种理想的锂电池负极材料。本论文主要围绕基于金属有机框架（MOFs）制备金属氧化物及碳的复合材料及其应用于锂离子电池负极材料,具体研究内容包括以下四个工作:1.以锌-铁-沸石咪唑框架（Zn-Fe-ZIFs）作为牺牲模板和前驱体合成制备了碳纳米管包裹的多孔碳/金属氧化物（ZnFe2O4/C@NCNT）的复合材料,其尺寸均匀,形貌新颖。利用多种测试手段对该材料进行了详细地表征,并且对材料进行了电池性能测试。发现该材料的的性能远好于商业石墨。初次放电容量达到2200mAh/g,在100 mA/g的电流密度下,经过100圈循环之后,容量依然维持在844mAh/g。并且在1 A/g的大电流下,容量有747 mAh/g。该材料良好的电化学性能主要是由于Zn Fe2O4纳米颗粒均匀地分布在整个多孔碳中,且材料外围包覆着NCNTs的框架结构。因此,该ZnFe2O4/C@NCNT纳米复合材料在锂电池方面存在潜在的应用价值。2.为了缓解材料在嵌锂和脱锂过程中的体积形变,我们利用水热法合成了空心的球形MOFs,形成了内部具有空腔的空心结构,颗粒大小均一,很好地缓解了体积形变效应,保持了一个比较高的容量。通过高温热解得到的ZnO/C复合材料的电化学性能比没有碳包覆的空心ZnO和商业ZnO都要高。在相同的100mA/g的电流密度的条件下,经过100次测试,空心ZnO/C的放电容量可以有750mAh/g,而没有碳包覆的ZnO和商业ZnO分别只有289 mAh/g和248 mAh/g。由此可见,碳包覆和空心结构起到了很好的效果。3.通过煅烧合成的Fe-MOF,形成了石墨化的碳包覆的四氧化三铁复合材料。采用透射电镜和扫描电镜观察了形貌并对其电池性能做了研究。独特的八面体结构的Fe3O4/C在锂离子嵌入和脱出过程中都起到很好的促进和增强作用,在100mA/g电流密度下,循环了100圈之后,容量达到了861 mAh/g,并且在电流密度高达1 A/g下,容量有450 mAh/g,远高于商业石墨的理论容量。4.先通过合成球形的氧化锌作模板,在其表面原位合成一层ZIFs,生成核/壳ZnO@ZIF-8复合材料。这有效地提高了材料的比表面积,缓解充放电过程中ZnO晶体的体积形变。测试结果表明核壳结构的ZnO@C具有非常优异的容量和倍率性能。我们发现在100 mA/g电流密度下,经过100次充放电测试之后,核/壳ZnO@C复合材料容量有932 mAh/g,而它的倍率性能在1 A/g电流密度下也能达到670 mAh/g。此合成方法简单易行,便于大规模生产。