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过渡金属氧化物由于具有理论比容量高(>700 mAh g-1)、来源丰富、环境友好以及易于制备等优点,成为最具前景的锂离子电池负极材料之一。然而,大多数过渡金属氧化物通过转化反应存储锂,由于其导电性差、首次库仑效率低以及充放电过程中体积变化较大,导致电池循环稳定性差,倍率充放电性能不佳,严重限制了其开发应用。针对上述问题,本工作设计合成了具有合适组分和特殊结构的多孔过渡金属氧化物材料,研究了材料的组织构造以及储锂电化学行为。主要研究内容及结果如下:1.以Ni-MIL-77为前驱体,通过简单的热处理方法,制备了多孔NiO纳米棒。材料由于丰富的孔洞和纳米结构单元,用于锂离子电池负极表现出好的电化学性能。在100 mA g-1电流密度下,首次放电比容量为743 mAh g-1,经60次循环后仍放出700mAhg-1的比容量,显示出较好的循环稳定性。2.采用微波辅助溶剂热法,在不使用表面活性剂和模板的情况下快速合成了三明治结构的NiAl-LDH/RGO复合物前驱体,进而通过烧结和强碱刻蚀得到具有三明治型结构的NiO-Al2O3/RGO多孔纳米复合物。复合物具有高的储锂比容量和长循环稳定性。在500 mA g-1电流密度下循环200次,比容量保持在704 mAh g-1。分析认为,复合物中Al2O3作为稳定剂,有效避免了活性物质在循环过程中的团聚和粉化;RGO作为导电剂和缓冲剂,起到提高材料的导电性以及缓解材料在充放电过程中的体积变化的作用。3.通过两步共沉淀法,制备了 MnCO3-CNTs@TiO2微球前驱体材料,进而利用乙炔作为碳源和还原剂,经高温原位碳修饰得到MnO-CNTs@TiO2-C微球。材料应用于锂离子电池负极,首次库伦效率为73%。在5000 mA g-1大电流密度下循环2000次,仍然可以放出389 mAh g-1的比容量。此外,将其与富镍三元正极材料(LiNi0.6Co0.2Mn0.202)组装成全电池,在0.5 C下经200次循环,电池容量保持率为78.4%。分析得出,CNTs渗透到MnO内部,不仅能提高材料的导电性,还能缓解材料嵌/脱锂过程中的体积变化;外部TiP2-C不仅可作为锂离子转移通道,还可作为保护层抑制金属氧化物与电解液发生的副反应。4.利用化学氧化法,首先在铜箔上原位生长Cu(OH)2纳米棒阵列,然后将其作为前驱体,通过低温热处理得到三维多孔Cu/Cu2O集流体材料。材料用于组装一体化Cu/Cu2O | Li电池,在0.25 mA cm-2电流密度下,库伦效率可达98.6%,可稳定循环 380 次。此外,设计了 Cu/Cu-Li2O-Li | Cu/Cu-Li2O-Li 对称电池,在0.25 mA cm-2电流密度下,电池可以稳定工作1700 h,且电压极化仅为1 3 mV。此外,将Cu/Cu-Li2O-Li与LiFePO4或硫化聚丙烯腈(SPAN)组装成全电池,表现出较好的循环和倍率性能。以上材料具有良好性能是因为:(1)Cu2O与Cu箔紧密结合,有利于锂离子和电子的快速转移;(2)丰富的孔道为锂沉积提供了空间;(3)Cu2O/Cu活化过程中的还原产物(Cu和Li2O)不仅增加了材料的导电性和电化学活性位点,还可抑制电解液的分解.