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近年来,随着能源需求的持续增加以及人们对环境问题的关注,研究者们开始致力于研究清洁的可持续能源来替代传统化石燃料。其中,电化学储能受到越来越多的重视。锂硫电池被认为是最有吸引力的下一代电化学储能系统之一。并且,研究者们认为将正极材料硫“束缚”在一定纳米结构碳材料从而抑制穿梭效应是解决锂硫电池走向商用的有效途径之一。此外,作为商用锂离子电池首选的负极材料,碳基材料由于容量低和倍率性能差越来越无法满足商业需求。本文通过制备多种三维结构碳材料并运用到锂硫电池和锂离子电池中,提高电池容量和循环性能。主要完成工作如下：首先,本文使用生物质树皮作为碳源,通过简单的碳化过程制备出具有三维复合结构多孔碳,并且该碳材料还具有528 m2/g的比表面积。在不使用集流体、导电剂和粘合剂的情况下,我们制备了高载硫量的正极片并组装成锂硫电池。结果表明,该结构碳/硫电极在0.2 A/g电密度流下首次放电容量能达到1159 mAh/g。即使循环60次后,容量依然能达到608 mAh/g,并且库伦效率高于98%,优于大孔被破坏后的电极达到的容量410 mAh/g。其次,本文使用三聚氰胺作为碳源,乙酸钴作为固相模板,一步法固相合成原位氮掺杂中空碳纳米微球(N-PHC),并且该中空球同时拥有微孔和介孔结构。我们将该材料通过热熔法与硫复合制备电极组装成锂硫电池,并进行表征与测试。结果表明该结构碳材料能很好吸附硫及其中间产物,从而有效提高锂硫电池的容量和循环性能。N-PHC/S复合材料在0.5放电倍率下首次容量能达到1164 mAh/g,150周循环后容量仍然保持在615 mAh/g,容量每周衰减仅为0.35%。最后,我们使用钛酸四丁酯作为交联剂,三聚氰胺为碳源,固相合成富氮碳钛混合物。该复合碳材料具有三维孔结构,提供稳定的锂离子快速传输通道。电化学测试表明,富氮碳钛复合材料即使在大电流2 A/g充放电条件下,首次容量能依然能达到523.3 mAh/g,超过商用石墨的理论容量。同时该材料还表现出优异的高倍率性能和循环性能。