锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和无污染等突出优点,已经成为电池市场的主流,并开始应用于驱动电动汽车。但随着锂离子电池的大规模应用,锂的价格及其资源的有限性越来越为人们所担忧。由于钠资源非常丰富,在价格因素比能量密度更为关键的应用场合中,如电网储能等,钠离子电池被认为是锂离子电池优先的廉价替代品。电池的能量密度和寿命等性能主要由其电极材料决定,因而开发高性能的电极材料已成为电池研究的热点。在负极材料方面,碳材料被认为是最有前景的实用材料之一。碳材料的结构和形貌是影响其电化学性能的主要因素。本论文围绕碳材料的制备以及结构和形貌的调控展开工作,系统地研究了碳材料分别应用于锂离子电池和钠离子电池的电化学性能。总体目标在于,通过调控制备工艺,获得结构和形貌可控的碳材料,探讨碳材料电化学性能与其结构和形貌的关系,进而获得电化学性能优越的碳负极材料。主要的工作内容如下：1.采用微波法制备了碳微球,研究了碳微球在惰性气氛中的热处理温度对其结构和电化学性能的影响。研究结果表明,低温热处理的碳微球具有较大的(002)面间距,而高温处理的样品获得较大的比表面积。在锂离子电池中,较大的(002)面间距和高含氢量,都有利于提高碳微球的可逆比容量。700℃热处理的碳微球具有较好的循环稳定性,50次循环后获得了最高256 mA h g-1的比容量。500℃热处理的碳微球具有较大的(002)面间距,在钠离子电池中取得了最高的比容量,其首次可逆比容量达到202 mAhg-1循环50次后比容量仍然保持在183 mA h g-12.将微波法制备的碳微球在氨气气氛中热处理成功制备了氮掺杂碳微球,研究了碳微球的氮掺杂和多孔特性等与其热处理温度的关系,并探讨了这些因素对其电化学性能的影响。研究发现,热处理温度对氮掺杂量影响较小,但对氮在碳材料中的形态影响显著。随着热处理温度升高,石墨型氮的百分比和材料的比表面积都明显增加。因为石墨型氮和比表面积的增加能提高碳与锂反应的表面活性,900℃热处理的样品获得了最优的电化学性能,经过50次循环后仍然获得660 mA h g-1的比容量。而在一定条件下,氮掺杂也能提高碳微球的储钠容量,但其机制尚待进一步研究。3.采用静电纺丝法制备了碳纳米纤维,研究了热处理温度对碳纳米纤维电化学性能的影响,结果表明,600℃低温热处理的碳纳米纤维是长程无序的乱层碳(turbostratic carbon)结构。这种结构有利于锂/钠离子的存储,因而600℃热处理的碳纳米纤维展现了优异的电化学性能。它在锂离子电池和钠离子电池中分别取得了754mAhg-1和233mAhg-1的首次可逆比容量,循环50次后,比容量分别为476 mA hg-1和217mAhg-1。4.采用微波法制备了石墨烯-碳纳米管复合材料,研究了石墨烯与碳纳米管的质量比对复合材料结构、形貌以及电化学性能的影响。研究表明,复合材料能通过石墨烯和碳纳米管的协同效应,得到比单组份碳更优异的电化学性能。前驱体中氧化石墨烯与碳纳米管质量比为8：2的复合材料,具有良好的电子和离子传输特性,从而表现出最优的性能。该复合材料在锂离子电池和钠离子电池中分别展现了最高607和379mAhg-1的首次可逆比容量,同时循环性能优良。