近年来,锂离子电池越来越广泛地应用于便携式电子产品、纯电动汽车（EVs）、混合动力汽车（HEVs）和插电式混合动力汽车（PHEVs）等领域,人们对锂离子电池的能量密度和功率密度也提出了更高的要求。目前最主要的商业化锂离子电池负极材料为石墨,由于其本身晶体结构的限制,石墨的理论容量为372 mA h g^-1,实际容量已日趋接近此数值,而且其安全性也存在问题。因此,研究开发新型负极材料迫在眉睫,比如石墨烯,碳纳米管,硅和过渡金属氧化物等。在众多的候选材料中,ZnMn₂O₄具有容量高,价格低,环境友好等优点,而且其放电电压高于Li的析出电压,可以避免锂枝晶的产生,因此成为了人们关注的热点材料之一。尽管如此,Zn Mn₂O₄的库伦效率较低,形成的SEI膜不稳定,显现明显的电压迟滞并且循环寿命较低,这些缺陷制约了Zn Mn₂O₄的发展。本文通过掺杂和包覆的方法,对Zn Mn₂O₄材料进行改性研究,主要工作内容如下:1.以Al部分取代ZnMn₂O₄材料中的Zn,用喷雾干燥后煅烧的方法合成了Zn_1-xAl_xMn₂O₄。创新性地通过非等价取代后的电荷补偿使ZnMn₂O₄中的Mn呈现混价状态,从而提升了材料的稳定性。其中,掺杂量为2%的样品ZAMO2在电流密度100 mA g^-1下循环100圈后可逆比容量为597.7 mA h g^-1,在1600 mA g^-1的高电流密度下,可逆比容量仍然还有557.8 mA h g^-1。这些电化学性能表明在发展新型高能量锂离子电池负极材料方面,非等价取代是一次成功的尝试。2.采用同样的合成方法合成了等价取代的ZnMn_2-xAl_xO₄材料,研究后表明,等价取代产物ZnMn_2-xAl_xO₄在循环性能和倍率性能等方面都表现得不尽如人意,这相当于从侧面证明了电荷补偿对锌锰氧化物材料的改善作用。同时作为对比的Sn掺杂产物ZnMn_2-xSn_x O₄的研究结果表明,同样的合成方法不能使Sn进入到ZnMn₂O₄的晶格当中,含有SnO₂杂相的锌锰氧化物表现了较差的电化学性能。本章的工作进一步加深了对锌锰氧化物材料掺杂改性的认识。3.通过把ZnMn₂O₄与碳复合以改善Zn Mn₂O₄的电化学稳定性。用水热法合成不同碳源的ZnMn₂O₄/C复合材料,研究不同碳源对锌锰氧化物电化学性能的影响。结果表明,简单地用葡萄糖或者维生素C通过水热法包覆纳米级材料会形成微米尺寸的碳球,覆盖住大部分锌锰氧化物纳米颗粒,电极表现出较差的电化学性能。通过调节Vc包覆液的ph值使Vc碳化后包覆在材料表面,包覆的无定型碳使材料的初始放电比容量有所下降,但循环稳定性得到了很好的改善且在1600mA g^-1电流密度下表现出更高的容量保持率。这种改善是因为Vc在反应中呈原子级分散状态,实现了对锌锰氧化物的均匀包覆,并在颗粒间形成相互连接的导电碳膜。虽然ZnMn₂O₄/C复合材料的首次放电容量和不可逆容量需要进一步的改善,但在循环性能和倍率性能方面具有更优异的表现。同时本章再次加深了对锌锰氧化物的认识。