近年来,随着便携式电子设备的更新换代与新能源汽车的普及,人们对主要动力源锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。传统石墨负极受限于其较低的理论比容量,注定将被淘汰。相比之下,比容量更高的转换型负极与合金型负极具有重要的研究意义。其中,三氧化钼负极与硅负极因其极高的理论容量(MoO3的理论比容量为1117 mAh g-1,Si的理论比容量为4200 mAhg-1),受到了较多的研究。然而,这两种材料均有着循环前后体积变化大与导电性能差的本征缺陷,寻找具有普适性的改性手段有着很重要的意义。本文分别从设计纳米结构三氧化钼/碳负极复合材料与开发新型硅负极粘结剂两种策略入手,旨在获得比容量高、循环稳定的负极材料。主要研究内容如下:(1)通过热解有机硼酸酯纳米颗粒(BNP)与磷钼酸(PMA)反应得到的PMA-BNP中间体,得到了 MoO3-C负极复合材料。该复合材料具有分级石榴状纳米结构,内部高活性的氮掺杂碳核心可有效地增强材料的导电能力,镶嵌其上的三氧化钼颗粒是材料的主要容量来源,最外部的超薄碳层确保了材料的整体结构稳定性。(2)比较不同煅烧温度下所得产物的形貌与电化学性能,发现650℃为最优热处理温度。温度过低时,未完全碳化的较厚外壳使得材料的比容量降低,温度过高时,MoO3易挥发并破坏外层超薄碳壳,降低了材料的结构稳定性。最优产物PB650呈现出优异的循环稳定性与倍率性能,0.1 Ag-1电流密度下,获得了 1380 mAh g-1的极高首次放电容量,在100多圈的循环中保持了超800 mAhg-1的可逆容量,即便在5A g-1的大电流下,仍可保持400 mAh g-1的稳定容量超1000圈。(3)基于聚多巴胺(PDA)与聚丙烯酸(PAA)反应形成酰胺键的共价交联作用得到了新型微米硅负极粘结剂,其中,PDA预先进行了水热掺杂Fe3+的操作。通过分析不同水热温度下所得材料的组成信息与循环前后各材料对应极片的表面形貌,得到了160℃为最优水热处理温度,该温度下Fe3+与PDA中的吡咯氮形成了强力的金属螯合键,增强了 PDA层的机械强度,使其具备了更优的限制硅负极体积膨胀的能力。Si@Fe3+-PDA-160/PAA极片在100圈循环后的体积膨胀仅为47.2%。Fe3+的掺杂还增强了极片的电化学活性,对比未掺杂Fe3+极片的CV曲线,掺杂后的极片峰强度更高、峰面积更大,表明硅负极更多的容量被激发了出来。(4)Si@Fe3+-PDA-160/PAA极片所对应的电池在0.1 C倍率下,前30圈内获得了超3000 mAh g-1的稳定容量,库伦效率近100%,且100圈后容量保持率为80%。此外,在高达0.2、0.5、1和5C的倍率下,电池分别获得了 2800、2100、1400和350 mAh g-1的可逆容量,表现出较好的倍率性能。