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过渡金属氧化物作为锂离子负极材料相比于商业化的石墨材料(理论比容量374mAh/g),比容量较高,来源丰富,在锂离子二次电池中有很大的应用前景。然而过渡金属氧化物电导率较低,在充放电过中有较大体积膨胀,产生电极粉化,导致容量衰减,从而限制了它的实际运用。通过设计合理的形貌和结构,能有效提高锂离子电池的循环性和倍率性能。 本论文通过使用不同的碳模板制备具备中空、多孔结构的ZnMn2O4材料和CoFe2O4/CNTs纳米复合氧化物材料,对其进行了表征,并初步研究了其电化学性能差异。论文的主要内容如下: 1.以果糖为碳源制备约1.5-4μm碳球模板,利用碳球模板静电吸附作用及后期热处理,制备中空、多孔的锌锰材料。研究表明中空ZnMn2O4微球材料由于具有中空多孔结构,能够提供有效的电子传输路径和较大的比表面积,促进电荷转移和缩短锂离子的扩散距离,从而具有更高的比容量(在157mA/g下,150循环时,758mAh/g)。 2.以多巴胺为碳源制备约180nm碳球模板,利用碳球模板静电吸附作用及后期不同的热处理方式,制备了ZnMn2O4中空亚微球、ZnMn2O4@C、C-ZnMn2O4材料。研究表明,C-ZnMn2O4材料由于内部碳球层的支撑和导电网络,能够有效缓解充放电过程中体积变化和抑制电极的分解,在充放电过程中表现出优异的可逆比容量(在电流密度157mA/g下,200循环时,594mAh/g),从而更能适应大电流充放电(在电流密度627mA/g下,539 mAh/g),使得材料更能满足发展大功率锂离子电池负极材料的工艺要求。 3.以碳球与碳纳米管为模板,通过静电吸附及其后期热处理,制备中空CoFe2O4微球、CoFe2O4/CNTs材料。研究表明CoFe204/CNTs复合材料由于掺杂了碳纳米管,避免了颗粒的团聚,加强了材料的结构稳定性,同时CNTs形成导电网络有效提高电极材料导电性和电子、离子运输能力,在CoFe2O4和CNTs之间的协同作用下,电极材料表现了更高的充放电比容量和更好的循环性能稳定性(在200mA/g下,300循环时,1053mAh/g)、更优良的倍率性能(1600mA/g,702mAh/g),适应于大批量的生产要求,在锂离子电池中有很大的应用前景,其设计方法为将来的锂离子电池负极材料研究与应用提供了有价值的参考。