具有高能量密度和功率密度的锂离子电池被认为是很有潜力的新一代电能储存设备,其中高容量、循环稳定性好的负极材料是提升锂离子电池性能的关键要素之一。基于炭材料低的工作电压、良好的可逆性和导电性,本文以中国富产的煤炭为原料,探讨了煤基复合炭纳米电极材料制备的新工艺及新技术。论文设计并制备出具有特殊纳米结构的Fe203,研究了粉体煤基氧化石墨烯/Fe2O3复合材料(P-CGO/Fe2O3)、自支撑煤基氧化石墨烯/Fe2O3复合材料(S-CGO/Fe2O3)以及自支撑煤基石墨烯量子点/Fe2O3复合材料(S-CGQDs/Fe2O3)可控制备工艺;并进一步对上述系列Fe2O3/煤基炭纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了系统研究,主要研究结果如下:(1)采用水热、高温热处理等技术成功制备得到了 P-CGO/Fe2O3粉体材料,当CGO与FeSO4的质量比为1:9.3时,所制备的P-CGO/Fe2O3复合材料中Fe2O3分布均匀,并呈独特的“纳米花”状结构。电化学性能分析结果表明,该复合材料在1A/g电流密度下充放电循环210次后的放电比容量仍为610 mAh/g,容量保持率为75.1%,表现出较高的电容及循环稳定性能。(2)采用恒电流电沉积、高温热处理等技术制备出Fe2O3自支撑材料,然后通过恒电压电沉积技术成功制备得到具有自支撑结构的S-CGO/Fe2O3复合材料。电化学性能分析结果表明,该复合材料在电流密度为5 A/g时的放电比容量高达1025 mAh/g,表现出优异的倍率性能。(3)以Fe2O3自支撑材料为基体,采用恒电压电沉积法成功制备得到具有自支撑结构的S-CGQDs/Fe2O3电极材料。电化学性能分析结果表明,该复合材料在1 A/g电流密度下经过110次循环后,其放电比容量为1320mAh/g,容量保持率为83.4%。且当电流密度提升至5 A/g时,其放电比容量仍然可保持在1074mAh/g左右,表现出了优异的循环寿命和倍率性能。(4)对上述系列复合电极材料储锂性能的研究结果表明,制备工艺对材料结构及性能影响较大,表现为:1)P-CGO/Fe2O3复合材料中由于CGO作为支撑骨架,对纳米尺寸Fe2O3起到了支撑作用,阻止了 Fe2O3在充放电过程中由于体积膨胀而引起的结构坍塌,因此相较于纯Fe2O3电极材料具有高的比容量及循环稳定性能;2)S-CGO/Fe2O3复合材料因其在制备电极过程中未加入粘结剂,确保了电极材料中导电网络的完整性,从而使电荷在活性物质表面和内部传递更为通畅,提高了电极材料的电子迁移率,因此P-CGO/Fe2O3复合材料表现出更好的倍率性能;3)由于CGQDs的小尺寸效应,使得S-CGQDs/Fe2O3复合材料的倍率性能和循环寿命明显高于S-CGO/Fe2O3复合材料,CGQDs的存在不仅能提高复合材料的电子迁移率,而且能够缓解Fe2O3在充放电时由于体积膨胀而引起的容量下降。