锂离子电池便于携带、能量密度高而被广泛的应用在手机、电脑和电动车上。石墨材料资源丰富价格低廉,成为商业应用锂离子电池负极材料。但是石墨的理论比容量仅为372mAh/g限制了它在高容量器件中的应用。Fe₂O₃具有较高的理论比容量(1007mAh/g),是理想的负极材料之一。但是,在充放电过程中伴随着锂离子的嵌入与脱出,Fe₂O₃会出现较为明显的体积膨胀,材料迅速粉化脱落放电容量发生严重衰减。在锂离子电池负极材料中,TiO₂具有具有容量高、资源丰富、环境友好、结构稳定性好、安全性能高等优点,具有较好的应用前景。在充放电过程中TiO₂具有较高的充放电平台(1.5V),避免了锂枝晶的形成,具有较高的安全性。将少量的Fe₂O₃掺入锐钛矿TiO₂中,利用TiO₂的稳定性来解决Fe₂O₃高膨胀性;使用形变率小的碳材料包覆Fe₂O₃,Fe₂O₃外部的碳材料束缚Fe₂O₃,解决其高膨胀问题。(1)首先,使用一步水热法合成出尺寸为2微米左右的Fe₂O₃掺杂TiO₂微球材料。通过XRD、SEM、TEM和电化学方法分别测试其物相、形貌、内部结构和充放电性能。结果表明,Fe₂O₃掺杂TiO₂材料的充放电比容量得到很大的提升。Fe₂O₃掺杂TiO₂材料首次,第二次和第五次放电比容量分别是659mAh/g,646mAh/g和580mAh/g。掺杂Fe₂O₃后,材料的充放电性能得到很大的提升,而且Fe₂O₃的循环稳定性也有大幅度的提升。(2)然后,使用一步水热法合成出50nm左右的碳包覆Fe₂O₃纳米球材料。利用Fe₂O₃外部的碳材料解决Fe₂O₃高膨胀率问题,提高Fe₂O₃循环稳定性。通过XRD、SEM、TEM和电化学方法分别测试其物相、形貌、内部结构和充放电性能。结果表明合成的碳包覆Fe₂O₃材料中的碳层是无定形碳材料,增加了Fe₂O₃导电性,增加了锂离子的传输效率。碳包覆Fe₂O₃首次放电比容量为1914mAh/g,第二次和第五次放电比容量分别为1224mAh/g和1087mAh/g。和纯Fe₂O₃相比,碳包覆Fe₂O₃首次放电容量是Fe₂O₃理论比容量的190%,容量衰减得到很大改善,具有较好的循环性能。经过50个充放电循环后其放电比容量为812mAh/g。加快了Fe₂O₃商业应用的速度,为Fe₂O₃的研究做理论的探索,对Fe₂O₃以后的研究做理论的指导。