高能量密度、无记忆效应以及循环寿命长是锂离子电池特有的优点,所以在高耗能领域(便携式电子设备、电动汽车、航天等)得到密切的关注。到目前为止,商用负极材料仍然是石墨,虽然具有较好的电化学性能和丰富的原材料,但是由于其倍率性能差和理论比容量低的原因,不足以满足人们日益增涨的需求。因此,开发新型性能高效、安全性高的锂离子电池负极材料是当前新能源领域热点研究课题之一。凭借着理论比容量较高、低极化率和资源丰富的优势,过渡金属磷化物负极材料受到研究者的广泛青睐。但是低电子导电率和体积膨胀系数大等问题制约其进一步发展。本课题主要通过金属元素掺杂和石墨烯复合等手段来调控过渡金属磷化物的微观结构和电化学性能。具体研究内容如下:1.通过原位耦合方法合成钴基金属有机框架材料(MOF-Co)与石墨烯(GO)组成的前驱体(MOF-Co/GO),然后经过低温磷化法制备出石墨烯支撑氮掺杂碳包覆磷化钴(CoP@NC/GO)复合材料。由于具有双碳复合的微观结构,所制得的材料表现出优异的倍率性能和循环稳定性。在600 mA g-1电流密度下,循环500圈后,比容量维持在506 mAh g-1,高于石墨的标称比容量(372 mAh g-1)。2.利用水热反应制备出Mo掺杂的MoF-Co作为前驱体,通过低温磷化法成功制备出由纳米片组成的花球状Mo-CoP@NC纳米材料。系统研究了 Mo对CoP的电化学性能的影响,证明了 Mo元素的掺杂可以有效调节磷化钴的电子结构。通过利用设计不同层次纳米结构和掺杂金属元素相结合的方法,很好的改善了材料在充放电过程中的导电性差和体积膨胀等问题,展现出优异的储锂和储钠电化学性能。在5 A g-1大电流下,能获得451 mAhg-1的高比容量,较石墨负极标称比容量提高121%。3.通过溶剂热法合成六面体结构的Cu2O与石墨烯(GO)作为前驱体,利用磷化法获得与还原氧化石墨烯复合的二维层状结构的Cu3P@C/rGO材料。二维层状结构提供更多离子嵌入活性位点,石墨烯给材料提供高速导电网络,并缓冲电极材料的体积变化。该材料作为锂离子电池负极材料表现出优异的电化学性能。在电流密度为1 A g-1条件下循环800圈,放电容量可达到410mAhg-1左右。与石墨负极相比,比容量提高了 110%。