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近年来,随着能源与环境问题的加剧,带动了电动汽车市场的快速发展。锂离子电池由于兼具高能量密度和高功率密度,且循环寿命长等优势,被人们认为是一种十分有发展潜力的能源储存设备。而目前石墨作为商业锂离子电池的负极材料,理论容量仅为372mAhg-1,限制了锂离子电池实现更广泛的应用。相比之下,同为碳家族一员的石墨烯,因其独特的二维结构和优异的导电性,迅速成为了极具潜力的锂离子电池负极材料之一。本论文以石墨烯为基础,通过原位生长和水热处理等方法制备得到氮掺杂石墨烯基复合材料,并考察其作为锂离子电池负极材料的储锂性能。具体研究内容如下:(1)以氧化石墨烯为基础,通过其表面丰富的含氧官能团诱导ZIF-8的生长,再经过一步热解法制得氮掺杂多孔石墨烯纳米片(简称N-PGNS)复合材料。研究表明:N-PGNS复合材料具有超薄的2D纳米片结构、高的掺氮率,丰富的分级多孔结构和大的比表面积。丰富的孔结构和大的比表面积可以为锂离子扩散提供足够的扩散通道,缩短其传输路径,降低材料的传输电阻,从而提高了复合材料的导电性。作为锂离子电池负极材料进行电化学测试表明:N-PGNS具有高的可逆容量,0.5 A g-1下循环100圈后可逆容量可保持在467.5 mA h g-1;良好的循环稳定性,即使在5 A g-1的大电流下,经过1000圈的循环后,N-PGNS的可逆容量仍可以保持在335.7 mA h g-1,容量保持率为90.4%;同时具有高的库伦效率和良好的倍率性能。相较于N-PC电极材料,电化学性能得到了明显的提升。(2)以氧化石墨烯为基础,采用PAM进行功能化修饰制备得到PAM-GO;随后通过原位水热技术,PAM-GO可以诱导MoS2生长;最后成功制备得到氮掺杂石墨烯包覆花状MoS2的复合材料(FL-MoS2/N-G)。FL-MoS2/N-G的特殊结构具有以下优点:氮掺杂石墨烯作为导电骨架能够提高电极材料的导电性;石墨烯包覆MoS2的结构起到限域效果,从而防止了 MoS2的大面积团聚,有利于提高复合材料的稳定性及电子传输能力;具有较宽层间距的花状MoS2有利于锂离子和电子的快速扩散;MoS2与氮掺杂石墨烯的强结合能够避免循环过程中的结构坍塌,克服原本MoS2较差的循环稳定性,实现更长久的循环。测试其作为锂离子电池负极材料的电化学性能,结果表明FL-MoS2/N-G复合材料具有较高的可逆容量,0.5 A g-1电流密度下,循环100圈后,其可逆容量保持为1144.3 mAh g-1;即使在2 Ag-1的大电流密度下,循环900圈以后,FL-MoS2/N-G材料的可逆容量还能够保持在832.8 mAh g-1;同时复合材料还表现出良好的倍率性能。(3)对FL-MoS2/N-G复合材料在循环过程中的电荷储存机理进行探究,结果表明表面电容控制过程是复合材料FL-MoS2/N-G作为锂离子电池负极材料时的主要控制过程。这个结果也进一步证明了 FL-MoS2/N-G复合材料在作为锂离子电池负极材料时拥有较快的电荷转移速率,是一种十分有前景的电极材料。