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锂离子电池由于其高的能量密度、长的使用寿命及无记忆效应等优点受到了研究者的广泛关注。近年来,作为重要的能源储能及供给装置已经大量应用于智能电网、便携式电子设备、混合/纯电动汽车及其他环保电子设备中。为了满足日益增长的需求,急需要开发具有低成本、高安全性及高能量密度的锂离子电池,而这些性能与电极材料的选取密切相关。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分,目前,商用石墨类材料由于低的能量密度及安全性差等问题已经不能满足下一代锂离子电池的需求。三元金属氧化物由于其优异的电化学性能、低成本及环保等优点成为了一种非常有前景的电极材料。然而,在循环过程中巨大的体积变化导致的材料粉碎阻碍了它的进一步发展。因此,本文主要通过对三元金属氧化物进行结构设计并不断优化,以此来解决电极材料在循环过程中由于体积变化导致的结构坍塌问题,主要工作分为以下三个部分:(1)采用两步法合成了由介孔单晶CoMn2O4纳米片自主装的分层空心微花。首先采用溶剂热法合成了CoMn-醇酸盐前驱体,其次将前驱体在空气中500℃煅烧处理就得到了目标产物。研究发现,去离子水在分层空心微花结构的形成中扮演着至关重要的角色,当反应体系中不加去离子水时,形成的是纳米片结构,当加入去离子水时,形成了分层空心微花。依据一系列的基于时间的实验,我们探究了分层空心微花的可能形成机理。实验结果表明:分层空心微花的形成是典型的自内向外的奥斯特瓦尔德熟化过程。鉴于CoMn2O4特殊的结构,将其用于锂离子电池负极材料,小电流密度100 mA g-1下,100次循环后,可逆容量高达915 mA h g-1,更重要的是在大电流密度1000mA g-1下,初始放电容量高达1024 mA h g-1,500次循环后,容量依然保持650 mA h g-1,对应的库伦效率为98.7%,表现出了出色的循环性能。(2)以Zn(CH3COO)2·2H2O和GeO2为原料,乙二胺为螯合剂和结构导向剂,CTAB为表面活性剂,用一步水热法合成了捆束状的Zn2GeO4。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对样品的物相组成、结构和形貌进行表征和分析,研究了乙二胺和CTAB的浓度对Zn2GeO4形貌的影响。结果表明,乙二胺和CTAB的浓度对捆束状Zn2GeO4的合成至关重要,当乙二胺为0.16 mol,CTAB为0.109 g时,产物为Zn2GeO4纳米棒自组装的捆束状分层结构,该结构中间部分直径约为2μm,长度约为8μm。将捆束状的Zn2GeO4用作负极材料时,在电流密度100 mA g-1下,首次放电/充电容量1774/1107 mA h g-1,60次循环后放电容量为776 mA h g-1,库伦效率高达99%,表现了优异的循环性能。(3)以碳微球为模板,通过溶剂热法及随后的煅烧处理得到中空的NiCo2O4纳米微球,通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品的组成及形貌进行了表征,结果表明:制备的NiCo2O4中空微球具有高度的结晶性,粒径为300 nm,空心球壁厚为30 nm,当用作锂离子电池负极材料时,在1000 mA g-1电流密度下,首次放电容量达到了1360 mA h g-1,循环250次后,容量高达585 mA h g-1,库伦效率为99%,表现出了优异的循环性能。