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锂离子电池(Lithium ion batteries,LIBs)技术被视为当今时代解决大规模电网储能和新能源汽车动力的关键技术,然而其安全性、能量密度、功率密度以及循环性能亟需提高。电极材料对LIBs的性能至关重要,目前商用LIBs主要以石墨为负极材料,但其理论比容量和充放电平台较低,导致电池能量密度低以及存在安全隐患。因此,开发高性能负极材料是当前迫切的研究课题。过渡金属氧化物负极材料因具有理论容量高,充放电电压高,安全性好,储量丰富等优势而备受关注,但由于其导电性差,在充放电过程中体积变化大,导致容量衰减快,循环稳定性差,从而制约了此类负极材料的应用。针对这些问题,本文以钴基和铁基氧化物为研究对象,通过形貌调控、元素掺杂、结构设计以及材料复合等策略来提高其电化学性能。具体研究内容和结果如下:(1)以金属有机框架(MOF)为前驱体制备了碳包覆Co3O4纳米片,通过与还原氧化石墨烯(rGO)复合,构建了Co3O4@C/rGO复合材料。Co3O4纳米粒子组装成的二维纳米片缩短了锂离子扩散路径,碳包覆层避免了Co3O4直接与电解液接触,形成了稳定的固态电解质膜(SEI),还原氧化石墨(rGO)缓解了Co3O4充放电过程中体积变化引发的高应力,从而减轻电极的粉化,提高循环稳定性。当其作为锂离子电池负极材料时,表现出优异的循环稳定性和倍率性能:在1 A g-1循环1000次,比容量保持在555.6 mAh g-1;在10A g-1的高电流密度下,容量依然在278 mAh g-1。(2)利用离子液体辅助法制备了B、N共掺杂的rGO包覆ZnFe2O4复合材料。硼、氮元素的掺杂不仅提高了电极材料的导电性,还增加了电极的储锂活性位点;rGO的包覆缓解了ZnFe2O4在循环过程中的体积变化。得益于元素掺杂和rGO的包覆作用使得复合材料展现出良好的电化学性能:在1 A g-1的电流密度下循环100次,容量依然保持在668.1mAh g-1;即使在5.0 A g-1的电流密度下,长程循环1200次,容量保持率高达82.5%。(3)利用简单高效的一步水热法制备了零维(0D)(Fe,Co)3O4颗粒/一维(1D)Co3O4纳米棒/二维(2D)rGO纳米片混杂结构的多元复合材料,通过调控rGO质量比获得了最优的储锂性能:1 A g-1的电流密度下,500次循环后,复合材料放电比容量依然维持在1351.1mAh g-1,容量保持率高达80.97%。该结构综合了低维纳米材料的协同作用,rGO不仅缓解了(Fe,Co)3O4和Co3O4在充放电过程中的体积变化还为电极材料提供了连续的三维导电网络,且(Fe,Co)3O4和Co3O4抑制了rGO片的堆叠,提高了其导电性,增强了锂离子和电子的传输;另外,多维复合材料中的多孔结构有利于电解液的扩散以及电子和离子运输。