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嵌入型铌基氧化物由于其较高的理论/实际容量、安全的工作电势、优异的倍率性能和出色的循环稳定性,而被人为是最具有前景的动力锂离子电池负极材料之一。然而,目前该领域的研究还十分有限。因此,在本文中,我们开发了三种新型的具有优异电化学性能可用于现金锂离子电池的嵌入型铌基氧化物负极材料。(1)开发了 Mg2Nb34O87作为新型的铌基氧化物负极材料,并且利用简单的溶剂热法成功合成了具有等级多孔结构的由无数30～100 nm的初级颗粒组成的Mg2Nb34O87 多孔微球(Mg2Nb34O87-P)。Mg2Nb34O87具有非常开放的 3×4×∞剪切 ReO3晶体结构以及较大的晶胞体积,使其具有在已开发的铌基氧化物负极材料中最大的锂离子扩散系数。通过原位XRD测试,验证了其脱嵌型的储锂机理特征,而且在重复的嵌脱锂过程中表现出了非常优异的结构稳定性。Mg2Nb34O87-P这些形貌、结构和离子电导性方面的优势使其具有非常显著的赝电容行为和突出的倍率性能。此外,Mg2Nb34O87还具有较为安全的工作电位,超高的首周库伦效率以及出色的循环稳定性。所有证据均表明,Mg2Nb34O87-P是一种非常理想的负极材料,以用于高能量密度、高安全性、高功率密度和长循环稳定性的锂离子电池。(2)设计开发了具有较高理论容量的富含铌元素的锌铌氧化物(Zn2Nb34O87)作为一种新型的嵌入型负极材料。分别采用固相球磨法和静电纺丝法合成了微米级Zn2Nb34O87 块体材料(Zn2Nb34O87-B)和一维Zn2Nb34O87 纳米纤维(Zn2Nb34O87-N)。Zn2Nb34O87-B和Zn2Nb34O87-N分别具有正交和单斜型的3×4×∞o剪切ReO3晶体结构。Zn2Nb34O87-B和Zn2Nb34O87-N两种材料均表现出了非常优异的电化学性能,包括:较高的比容量、高的锂离子扩散系数、显著的嵌入型赝电容行为、出色的倍率性能和超长的循环稳定性。原位XRD测试验证了Zn2Nb34O87材料的优异的结构稳定性和电化学可逆性,并且揭示了在重复的锂离子嵌入与脱出过程中,锂离子是在(010)晶面进行储存与释放的。此外,LiNi0.5Mn1.5O4//Zn2Nb34O87-N全电池同样展现出了非常优异的电化学性能,包括:较大的可逆容量、突出的倍率性能和超级的循环稳定性。因此,Zn2Nb34O87材料也是可以用于高容量、高安全性、高倍率性能和长循环稳定性的高性能锂离子电池的非常有前景的负极材料。(3)开发了 MoNb12O33材料,首次将铝铌氧化物应用于储能领域。分别采用固相球磨法和溶剂热法制备了微米级MoNb12033颗粒(M-MoNb12O33)和由纳米级一次颗粒组成的MoNb12O33多孔微球(P-MoNb12O33)。两个MoNb12O33材料均显示出了以无穷个3×4的NbO6八面体结构基元通过Mo04四面体共顶点连接在一起而组成的单斜剪切ReO3晶体结构。开放而稳定的晶体结构,赋予了 MoNb12O33材料快速输运锂离子的能力和较强的结构稳定性。这些形貌与结构优点作用在一起,使P-MoNb12O33展示出了非常优异的电化学性能,包括:较高的实际容量、安全的工作电势、出色的倍率性能、显著的赝电容行为以及超级的循环稳定性。此外,LiMn2O4//P-MoNb12O33全电池同样表现出的综合优异的电化学性能。所有的优点都证明P-MoNb12O33是一种非常有前景的用于高性能锂离子电池的负极材料。