随着动力汽车的井喷式发展,锂离子动力电池对电极材料的性能要求越来越高,其中石墨负极由于理论比容量的限制已难以满足动力电池高能量和功率密度的需求。此外,由于锂盐资源日益紧缺,科学研究者同时致力于发展钠离子电池作为锂离子电池的替代品。无论是锂离子电池还是钠离子电池,优异负极材料的开发都是当下研究热点。而在新一代负极材料中,锡基材料因具有理论比容量高,导电性好,工作电压适宜等优点而备受关注。然而,锡基材料在嵌锂/钠时的巨大体积膨胀限制了其发展。将锡基材料与高导电碳材料（如多孔碳、碳纳米管、石墨烯等）进行复合是改善锡基负极材料电化学性能的有效途径,但目前锡/碳（Sn/C）复合材料仍存在制备过程较为复杂、成本较高以及储锂/钠性能仍亟需进一步提升等问题。为此,本文提出以低成本可溶盐为模板,通过原位化学气相沉积（in-situ CVD）的方法来设计和合成多种锡/碳微纳复合材料,并探讨复合材料的结构-储能性能关系。主要研究内容和结果如下:1.以水溶性氯化钠的表面作为模板,以镍基材料为催化剂,结合化学气相沉积和化学气相转换（CVT）的方法制备了具有二维结构的碳包覆金属复合材料,即获得碳包覆Ni₃Sn₂纳米颗粒均匀嵌入二维多孔石墨化碳纳米片中（Ni₃Sn₂@C@PGC）。研究了煅烧温度、CVT过程锡盐含量、前驱体中模板剂加入量等参数对Ni₃Sn₂@C@PGC物相和结构的影响,探讨了Ni₃Sn₂@C@PGC的电化学储锂性能。研究发现,Ni₃Sn₂为Ni向Sn转变的最稳定物相,符合Ni-Sn二元相图中最稳定合金比例;氯化钠的加入不但可以促进二维片状材料的生成,还可缩小Ni₃Sn₂颗粒的尺寸,同时,改变氯化钠与碳源的比例可调控二维碳纳米片的厚度,当氯化钠与碳源的比例为14.7 g:2.5 g时,可获得20 nm的碳包覆Ni₃Sn₂纳米颗粒完全嵌入到约30 nm的二维多孔石墨化碳片中;由于Ni₃Sn₂颗粒被碳包覆层和二维碳纳米片双重保护,因而Ni₃Sn₂@C@PGC具有优异的导电性、结构稳定性和机械强度,从而大幅提高了金属活性材料的循环稳定性和倍率性:在0.2 C(¹14 mA g^-1)的电流密度下循环100圈后可保持585.3 mAh g^-1的比容量,而在2 C的大电流密度下可逆比容量为314 mAh g^-1。2.以三维氯化钠组装体作为模板,以氯化亚锡为金属源、柠檬酸为碳源,采用原位化学气相沉积的方法（in-situ CVD）一步制备了三维多孔石墨烯内嵌锡纳米颗粒材料（3D Sn@G-PGNWs）。研究了CVD煅烧温度、气氛等参数对锡材料物相和粒径的影响,探究了3D Sn@G-PGNWs的合成机制和电化学储锂性能。研究发现,煅烧温度和气氛对3D Sn@G-PGNWs物相与形貌有重要影响,提高煅烧温度至750℃并使用氢气为还原气氛时,碳源可被Sn纳米颗粒催化转化为三维石墨烯结构;三维氯化钠组装体之间的限域作用导致了Sn@graphene纳米粒子和三维石墨烯网络的原位合成及两者间的强烈界面结合;当氯化钠:氯化亚锡:柠檬酸为14.7 g:0.384 g:2.5 g时,所得复合材料中锡纳米颗粒粒径均匀,被石墨烯壳（¹ nm）完整包覆（Sn@graphene）,同时Sn@graphene纳米颗粒紧紧地、均匀地被三维石墨烯网络铆定;当3D Sn@G-PGNWs用于锂离子电池负极时,显示出极好的储锂性能,不但具有很高的倍率性能(在10 A g^-1的电流密度下仍有270 mAh g^-1的比容量),也具有极其优异的高倍率循环寿命(2 A g^-1的电流密度下循环1000圈,比容量可以保持在657 mAh g^-1,容量保持率高达96.3%);3D Sn@G-PGNWs复合材料具有优异储锂性能的重要影响因素:均匀分布的细小锡纳米颗粒有利于锂离子和电子的快速传输,核-壳Sn@graphene纳米结构可有效缓解锡纳米颗粒的体积变化,而高导电、高机械性能的三维石墨烯网络以及最关键的Sn@graphene纳米颗粒与石墨烯网络之间的强界面结合可大大增强复合材料的力学性能、结构稳定性和导电性。3.以氯化钠作为模板,采用一步CVD的方法制备了三维连续中空三明治状碳层-二氧化锡-碳层材料（C@SnO₂@C HNSs）。研究了CVD温度、碳源等参数对C@SnO₂@C HNSs物相和结构的影响,探讨了该复合材料的电化学储能性能。研究发现,CVD工艺参数对C@SnO₂@C HNSs的物相与微观结构有重要影响,当CVD温度为700℃、乙炔含量为5%,煅烧时间为0.5 h时,所得C@SnO₂@C HNSs由三维互连的中空碳立方体盒子构成,单个立方体盒子尺寸约1μm,盒壁为三明治结构,即3-5 nm的SnO₂纳米晶组成厚度约6 nm的SnO₂层,夹在柠檬酸热解碳层（4 nm）和乙炔高温裂解碳层（5 nm）之间。该材料作为锂离子电池负极具有优异的电化学性能:在0.1 A g^-1的电流密度下其可逆比容量约900 mAh g^-1,而在5 A g^-1的电流密度下其比容量仍有600 mAh g^-1;当该材料用于钠离子电池负极时,在0.1 A g^-1的电流密度下具有约400 mAh g^-1的比容量,而在4.6 A g^-1的大电流密度下循环3000圈后还具有约200 mAh g^-1的比容量,在已报道的SnO₂基储钠材料中处于领先地位。4.以盐组装体为模板,采用可工业化生产的喷雾干燥法结合原位CVD过程制备了三维多孔石墨烯包覆锡锑纳米颗粒微米球（3D SnSb@N-PG）。研究了盐模板种类（氯化钠、碳酸钠和硅酸钠）、CVD温度等参数对3D SnSb@N-PG的形貌和微观结构的影响,探讨了3D SnSb@N-PG的合成机制和储能机理。研究发现,盐模板组装体为SnSb颗粒催化合成三维石墨烯提供了限域空间;通过原位催化的方法可将3D SnSb@N-PG中SnSb纳米晶粒径缩小至约13 nm,并使SnSb纳米晶在平面内嵌入到约2 nm的石墨烯中,同时表面被石墨烯完全包覆;该材料（SnSb含量约45 wt%）作为钠离子电池负极具有极其优异的性能:在0.1A g^-1的电流密度下比容量约400 mAh g^-1,同时在10 A g^-1的电流密度下循环4000圈后比容量还可稳定在190 mAh g^-1;3D SnSb@N-PG的电化学原位透射发现SnSb颗粒在多次循环后呈现中空结构,进一步证实了SnSb颗粒在平面内嵌入石墨烯（被石墨烯完全包覆）;DFT模拟计算验证了SnSb/石墨烯的界面对Na原子具有最高吸附能,证明了石墨烯包覆SnSb颗粒具有界面储钠特性;离子扩散系数计算验证了三维多孔开框架结构在缩短离子固相扩散路径,提高离子扩散速率方面的优势。