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锂离子电池作为一种高效的新型绿色环保储能器件,广泛应用于便携式电子设备市场,在电动汽车、储能电站等新能源领域也有广阔的市场空间。因此,人们对锂离子电池的各种性能提出了更高的要求,如能量密度高、充放电速度快、循环寿命长、安全性能好等等。基于以上背景,本文以提高锂离子电池的比容量、循环性能和倍率性能为目的,通过水热法成功制备出一系列高性能的负极材料,具体研究内容如下:①通过水热法探讨了不同Co Mo O4含量对Co MoO4NP/rGO纳米复合材料的储锂性能的影响,随着Co Mo O4含量的增加,Co Mo O4纳米颗粒越变越大,破坏了石墨烯的孔状结构,堵塞了石墨烯通过自组装过程形成的多孔通道,进而阻碍了锂离子的嵌入,并表现出较差的电化学性能。通过电化学测试分析,最终得出当复合物中Co Mo O4含量为74%时,Co Mo O4NP/rGO负极表现出较高的比容量和较好的循环性能:在74mA g-1电流密度下,比容量为920mAh g-1;在740mA g-1电流密度下,比容量为660mAh g-1。此外,在740mA g-1高电流密度下,经600次充放电循环后,仅有8.7%的容量衰减,是一种具有潜在应用价值的锂离子电池负极材料。②使用水热法并辅助冷冻干燥法制备出气凝胶式的Mo Se2/rGO的纳米复合材料,并研究了其储锂性能。复合材料中Mo Se2也为层状薄膜结构,石墨烯的加入提高了Mo Se2的比表面积。Mo Se2/rGO的纳米复合材料比纯Mo Se2和rGO表现出更加优越的电化学性能:在0.1C电流密度下经过50次充放电循环后,Mo Se2/rGO负极的比容量为650mAh g-1;在0.5C下600次充放电循环后,比容量仍然高达470mAh g-1,容量损失仅约10.9%,库伦效率接近100%。其卓越的电化学性能归因于石墨烯和Mo Se2的协同效应:复合材料中的石墨烯不仅能起到良好的导电作用,而且还贡献了部分储锂容量,并有效缓冲了在锂离子嵌入/脱出过程产生的机械应力;另一方面,Mo Se2形成的薄膜可以作为一个空间隔层阻止了石墨烯薄膜的团聚和折叠。③通过水热法在石墨烯薄膜上成功制备出Co Se2纳米棒,作为锂离子电池负极材料,与纯Co Se2相比,Co Se2/rGO复合材料表现出较高的容量和较好的循环稳定性:在0.1C(1C=670mA g-1)电流密度下,70次循环后比容量高达1228.07mAh g-1;在1C下,经过1000次充放电循环后,剩余比容量为407mAh g-1,容量保留率为60.3%。关于Co Se2/rGO复合物性能的提高可能有以下几个原因:石墨烯在复合物中类似于一个导电的网络,提高了样品的导电性,并缩短了锂离子的扩散路径,加快了电极反应动力学;其次,与石墨烯的复合使样品具有较大的比表面积,使活性物质和电解液的接触面积变大,拥有大量的Li+反应活性位点,提高了活性物质的利用率。④研究了结构可控的Co NiO/TiO2一体化电极材料的制备方法,并对其进行结构和电化学性能的表征。通过控制水热反应的时间,在生长有TiO2纳米管的钛片集流体上原位生长结构可控的Co NiO纳米线,得到一体化的电极材料。结果表明,电极材料中Co NiO纳米线间丰富的空隙有利于电解液的扩散,可加速锂离子扩散到电极表面,缓解了Co NiO纳米线在电化学过程中的体积膨胀;Co NiO活性物质紧密有效地附着于具有TiO2纳米管的钛片集流体上,有利于电子传输,使Co NiO/TiO2一体化电极具有更优异的电极反应动力学,具有极高的面积比容量,在高电流密度0.2mA cm-2下,经60次充放电循环,比容量为362μAh cm-2,约1097mAh g-1(0.33mg cm-2)。采用经阳极氧化法刻蚀过的钛片取代了传统的金属集流体,避免使用PVDF粘结剂、super-P导电剂和NMP溶液分散液,实现了集流体与活性物质的一体化,有效降低了电极中非活性物质的比例,提高了电极的能量密度,为一体化锂离子电池电极的设计提供了新的方向。