新一代电动汽车对锂离子电池的储能密度和安全性提出了更高的要求。磷具有较高的理论容量(2596mAhg-1的)和较低的充放电电压(≤0.8V),被认为是一种很有前景的高容量储锂负极材料,但是红磷的电导率较低,且作为锂电负极时,充放电过程体积膨胀达300%左右,因而电池容量衰减快,因此抑制体积变化对电化学性能的负面影响成为研究的关键。碳材料导电性好机械强度高,被广泛用于改善红磷的电化学性能。本课题采用膨化的生物质碳作基材,通过真空球磨法与红磷复合得到具有碳包覆微纳结构的红磷@膨化碳(RPFC)复合材料,其中红磷载量高达80%。该复合材料具有高的储锂容量,在130mAg-1的电流密度下,首次可逆容量达到1655.9 mAh g-1(基于复合材料整体)。具有优异的循环性能,循环300周后,可逆容量超过1300 mAh g-1,容量保持率79%。在2600mAg-1的大电流密度下,其首次可逆容量达1291.7 mAh g-1,1000次循环后其容量保持率达到93.2%。通过分析RPFC复合材料结构和电化学性能之间的关系,发现碳包覆结构对材料的循环和倍率性能有重要的作用;将不同载磷量的RPFC复合材料的电化学性能进行比较,表明薄而均匀的碳包覆结构能有效提高复合材料电化学性能。此外,通过XPS和红外论证了 P-O-C键的存在,这是RPFC材料循环性能优异的一个重要原因。另外,采用具有优异导电性的新型二维材料MXene和碳纳米管作为复合材料基材,首次用氩气保护球磨的方法与磷复合,得到了具有三维导电结构的磷@MXene/CNT(BRP@MXene/CNT)复合材料。首先,通过超声组装构建三维交联的MXene/CNT导电网络,再通过氩气保护球磨制备磷@MXene/CNT复合材料(BRP@MXene/CNT),为P构筑稳定的三维导电网络结构。该复合材料储锂容量高,在260 mA g-1的电流密度下,其首次可逆容量为2718.05mAhg’,首次效率达到77%。同时,具有优异的循环性能,复合材料循环至510次,可逆容量为2357.2 mAh g-1,容量保持率高达87%。此外,该复合材料的倍率性能突出,在104Ag-1的大电流密度下,其容量超过350mAhg-1。制备了磷@MXene(BRP@MXene)作为对比,发现引入CNT有利于构筑稳定完整的三维导电网络结构,同时转移负载有效提高材料电化学性能。此外,通过控制条件得到P和MXene间形成C-Ti-Ox-P键的复合材料提高了复合界面的稳定性。我们围绕复合材料结构,载磷量和化学键合增强界面这三个因素,分别研究了 RPFC和BRP@MXene/CNT材料及相应的对比样品,论证这三个因素对复合材料性能的重要影响,同时有效提高了磷基材料的电化学性能,得到了长循环,高倍率的复合材料。