随着化石能源的快速消耗,全球变暖,环境污染,以及由此引发的政治危机和战争,能源已经成为21世纪的最热门话题之一。寻找新能源及储能材料也成为当前各国政府及科学研究领域的紧要任务之一。锂离子电池具有工作电压高、比能量大和自放电率低等优点而受到研究者的广泛关注。为此,我们借助于前人优秀的研究工作,进行了如下探索：1.在前人研究简单的二元过渡金属化合物(如过渡金属氧化物,硫化物等)做锂离子电池负极材料的基础上,我们以FeS04·(NH4)2SO4·6H20,油酸,NaOH,CH3CH2OH为原料,通过LSS合成方法和水热反应,合成了α-Fe00H纳米棒。使用XRD、SEM.TEM和IR等手段对α-FeOOH纳米棒进行了表征,测试了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能,并通过在不同充放电阶段对电极材料进行XRD,SAEDs和HRTEM的表征推测出该材料作为新型的锂离子电池负极材料的工作机理。结果表明,作为锂离子电池负极材料,α-FeOOH有着与过渡金属氧化物类似的转化机理,该材料中的OH-并不影响锂离了在材料中的嵌脱。其反应机理可以表示如下：首次放电α-FeOOH+3Li+3e-→Fe+LiOH+Li20随后的循环：2/3Fe+Li2O(?)1/3Fe203+2Li++2e-这一结果对过渡金属化合物作为锂离子电池负极材料是一个很好的补充。2.在工作1的基础上,我们以KMnO4、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为原料,通过水热反应,合成了γ-MnOOH纳米线。使用XRD、SEM、TEM和IR等手段对γ-MnOOH纳米线进行了表征,测试了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能,通过在不同充放电阶段对电极材料进行XRD,SAEDs和HRTEM的表征推测出该材料作为锂离子电池负极材料的工作机理。结果表明,γ-MnOOH作为钾离子电池负极材料的反应机理与α-FeOOH相似：首次放电：γ-MnOOH+3Li+3e-→Mn+Li20+LiOH随后的循环：Li20+3/4 Mn(?)2Li++1/4 Mn304+2e-这一结果验证了过渡金属羟基氧化物作为锂离子电池负极材料的普适性。3.对于新一代锂离子电池正极材料LiFePO4,为了克服该材料的高倍率性能与振实密度相对立的矛盾,我们以Fe(NO3)3·9H2O、十二烷基硫酸钠(SDS)、H3PO4等为原料,通过水热反应合成了FePO4·2H2O’‘微—纳二级结构”(由纳米片一级结构组成的微米球二级结构),再通过流变相反应法得到了表面有薄层均匀碳包覆的LiFePO4/C’‘微—纳结构”(由30 nm厚,150 nm大小的纳米片自组装而成的纳米球)。使用了XRD、TG、SEM、HRTEM、EDX、Raman光谱等手段对该LiFePO4/C材料进行了表征,检测了其作为锂离子电池正极材料的电化学性能,特别是其高倍率性能。结果表明,具备“微—纳二级结构”的LiFePO4/C正极材料同时具有很好的高倍率性能(10 C,20 C和30 C时的放电比容量分别为116、96和75 mAh g-1)和较高的振实密度(1.4 g cm-3)。4.在工作3的基础上,优化了水热合成FePO1·2H2O的条件,对流变相反应过程中锂化温度、时间等参数也进行了优化,得到了最佳的制备LiFePO4/C’‘微-纳二级结构”的条件。5.为了简化工作3中合成的LiFePO4/C的步骤,增加其工业化的可能性,我们在工作3的基础上,采用相同原料,通过水浴反应及流变相锂化包覆,合成由纳米片自组装成的纳米球状LiFePO4/C。该材料在室温条件下,以0.1C、0.5C、1C、5C和10C倍率充放电时,分别具有162mAh/g、155 mAh/g、137 mAh/g、102 mAh/g和97 mAh/g的放电比容量,而且具有较好的容量保持性。同时该材料具有1.4 g cm-3的振实密度。具有较好的工业化应用前景。