锂-碘电池是一种基于碘和锂之间的氧化还原反应工作的二次电池,具有较高的理论比容量(211 mAhg-1)和能量密度(612 Whkg-1),因此受到了广泛关注。然而,锂-碘电池存在一些固有缺陷,例如碘稳定性较差,碘离子易发生穿梭效应,锂金属电极循环过程中会产生锂枝晶等,导致电池倍率性能较差,容量衰减严重,库伦效率低,存在安全隐患等问题。针对以上问题,本文以氮磷共掺杂碳材料为基础,对锂-碘电池的正极和负极材料从结构和组成进行优化,探究调节多孔碳材料表界面组成与结构对其电化学性能的影响,从而提升锂-碘电池的性能,主要工作概括如下:(1)以电沉积的二氧化锰为原位氧化模板,在碳化的无纺布上原位聚合形成植酸掺杂的聚苯胺。随后,高温碳化得到了具有高比表面积的氮磷共掺杂多孔碳材料。氮磷杂原子掺杂为碘的吸附提供了更多的活性位点,而丰富的孔结构和超高的比表面积有利于高倍率下的电容效应发挥作用。当用于负载碘化锂作为锂-碘电池正极材料时,该自支撑的多孔电极展现出高的比容量(1C电流密度下为221 mAh·g-1),良好的倍率性能(5 C电流密度时可以保持95.8%的容量)和优异的循环稳定性(2000次充放电循环后容量保持率为96%)。通过电化学动力学分析,揭示了在高扫速时电容效应在电池容量贡献中占主导地位,因此电池具有优良的倍率性能。(2)以熔融扩散法在氮磷共掺杂碳布上负载金属锂,构建了三维锂金属电极。结合实验研究与理论计算,发现氮磷共掺杂可以有效提升碳布的亲锂性,这不仅有利于熔融锂的均匀负载,还可以促进锂在复合电极上可逆的沉积和剥离。当组装为对称电池进行测试时,在3 mA cm-2的电流密度下可以保持稳定的电压曲线超过600小时,充分说明这种具有三维结构和氮磷共掺杂的电极能够有效抑制锂枝晶的生长,实现优异的循环稳定性。当与碘化锂正极组装为锂-碘全电池时,在4000次充放电循环后电池可以保持接近100%的容量,倍率性能也有显著提升。正极和负极为锂-碘电池中相互关联的重要组成部分,我们对正极和负极的结构与组成进行协同优化,有效提升了锂-碘电池的电化学性能,为设计开发新一代高性能二次电池提供了新的思路。