近年来，过渡金属氟化物（MxFy，M=Fe，Mn，Co，Cu等）因具有高比容量成为锂离子电池正极材料研究热点。氟化铁因具有高容量、高电压和低成本等优点成为非常有潜力的锂离子电池正极材料。受益于高离子键特性和小分子量，氟化铁与锂反应电位高达2.73V，比容量237mAh g-1。在各种晶体形式的氟化铁中，FeF3·0.33H2O具有独特的优点。与不含结晶水的普通ReO3型FeF3相比，六方钨青铜型FeF3·0.33H2O具有独特的隧道结构和更好的电化学活性。尽管有许多优点，但FeF3·0.33H2O的实际应用仍然面临一些问题，例如导电性差和电极可逆性有限。本论文利用多种方法制备了不同纳米结构的FeF3·0.33H2O，同时将其和不同碳材料进行复合，构筑出高性能微纳结构电极。对材料的合成机理进行了探讨，同时深入研究了材料的储锂性能以及影响因素。主要研究内容如下：
　　以生物质海苔为原料制备N,O-双掺杂多孔碳（3DPC），进一步以3DPC为基体通过液相反应和氟化过程制备得到FeF3·0.33H2O@3DPC复合材料（FF@3DPC）。FF@3DPC中FeF3·0.33H2O的颗粒尺寸为纳米级（20nm），可以有效缩短电极反应过程中Li+的传输距离，促进嵌锂反应的快速且彻底的进行。另一方面，高导电性的3DPC具有高速电子转移通道，基于纳米FeF3·0.33H2O和3DPC两者之间的协同作用，FF@3DPC表现出优异的高倍率性能。在1C倍率下比容量高达170mAh g-1，在20C倍率下容量依然能够达到104mAh g-1。同时，FF@3DPC具有优异的循环稳定性。在1C倍率下循环200圈后容量保持率高达91%。即使在5C的高倍率下循环500圈后比容量仍然高达101mAh g-1，每一圈的衰减率仅为0.046%。
　　以含铁金属有机框架MIL-53为模板通过高温碳化和HF蒸汽氟化制备了高度石墨化碳层包覆的FeF3·0.33H2O复合材料（GCF）。在高温碳化过程中前驱体MIL-53中的Fe元素原位自催化形成高度石墨化的多孔碳骨架，氟化后平均粒径为6.14nm的FeF3·0.33H2O纳米颗粒均匀分布其中。基于高导电性的多孔碳骨架和超小的FeF3·0.33H2O粒径，GCF复合材料具有优异的储锂性能。在20C高倍率下材料的比容量达到86mAh g-1。在1C倍率下循环50次后比容量为162mAh g-1，具有95%的容量保持率，在5C倍率下循环300次后，容量保持率为89%，容量衰减率为0.036%/圈。
　　以碳纳米管和多孔石墨烯作为导电碳，含氟离子液体为氟源通过溶剂热方法制备了石墨烯/碳纳米管/FeF3·0.33H2O复合材料（GCFF）。一维的碳纳米管和二维的石墨烯片构筑出三维导电网络，微纳多级结构的FeF3·0.33H2O颗粒镶嵌三维导电网络中具备快速的离子、电子转移通道。GCFF材料表现出优异的倍率性能和循环性能。负载量为1mg cm-2的GCFF在1C倍率下比容量高达165mAh g-1，在20C的高倍率下仍能拥有70mAh g-1的比容量。在1C倍率下充放电循环100次后仍然可以保持128mAh g-1的比容量。此外，负载量为5mg cm-2时在1C倍率下材料比容量依然高达153mAh g-1。
　　以含氟离子液体为氟源通过溶剂热方法在钛箔表面生长FeF3·0.33H2O垂直纳米片阵列，并进一步通过石墨烯量子点进行表面修饰，构筑石墨烯量子点修饰的FeF3·0.33H2O阵列电极（GQDs@FFNA）。阵列电极避免了导电剂、粘结剂的使用可直接作为正极片使用。石墨烯量子点可以有效降低FeF3·0.33H2O阵列电极的传荷电阻，同时能够避免FeF3·0.33H2O纳米片与电解液的直接接触，减少副反应的发生。基于这些特点，GQDs@FFNA表现出良好的高倍率性能和长循环性能。GQDs@FFNA在20C的高倍率下仍能拥有113mAh g-1的高比容量，在2C倍率下循环1000次后依然可以保持96mAh g-1的比容量，容量衰减率仅为0.03%/圈。