电化学储能器件的电化学性能很大程度上取决于电极材料的电化学性能。绪论部分本文首先介绍了锂离子电池的工作原理,然后分别综述了插层反应机制、合金反应机制和转化反应机制电极材料的研究进展,最后对锂离子电容器的研究进展进行了归纳总结。实验部分本文选择基于转化反应机制的过渡金属氧化物电极材料为研究对象,通过不同的合成方法制备得到了 Co3O4,NiCo2O4,Mn3O4和MnO电极材料。分别借助缺陷工程、阴离子掺杂、复合改性和结构设计等策略对Co3O4,NiCo204,Mn3O4和MnO电极材料进行改性处理,并借助不同的表征测试方法研究了电极材料的电化学储能性能以及相应的电化学反应机理。缺陷工程对Co3O4纳米片的改性研究:通过在金属离子与有机配体的配位过程中引入添加剂,在低温热处理后得到含有一定程度氧空位的过渡金属氧化物。结合不同的表征手段对氧空位进行了定性分析,并借助氧化还原滴定法对氧空位进行了定量分析。使用非原位表征研究了Co3O4在充放电过程中的物相结构和微观形貌的演化规律。借助交流电化学阻抗谱验证了氧空位的引入对于提高电极材料电子导电性和锂离子扩散性能的作用。阴离子掺杂对NiCo2O4微球的改性研究:采用水热-退火-磷化相结合的策略制备P-掺杂的NiCo2O4微球。磷掺杂在不改变NiCo2O4尖晶石结构的前提下有效提升了电极的电化学储锂性能。动力学分析结果表明赝电容效应在P-掺杂NiCo2O4的电化学储锂过程中发挥了主导性作用。磷化处理过程中形成的中空结构也在一定程度上提升了P-掺杂NiCo2O4的循环稳定性。多孔碳复合对Mn3O4纳米颗粒的改性研究:以柠檬酸钠热解得到的多孔碳为基体,借助室温配位反应和高温热处理制备得到Mn3O4@C复合材料。多孔碳的限域效应有效提升了电极材料的循环稳定性能,多孔碳的导电性显著改善了电极材料的倍率性能。因此,Mn3O4@C在半电池和全电池中均表现出较为出色的电化学性能。借助XPS验证了Mn3O4在充放电过程中的电化学反应机理。结构设计对MnO的改性研究:借助室温沉淀-聚合物包覆-高温热处理“三步法”制备得到核壳结构的MnO@C微米球。碳包覆层的引入有效抑制了电极材料与电解液之间的副反应,改善了电极材料的导电性。因此,MnO@C电极材料在锂离子半电池和锂离子电容器中均表现出优异的电化学性能。借助不同的非原位表征方法研究了 MnO@C在充放电过程中的物相结构和微观形貌的演化规律。交流电化学阻抗谱揭示了阻抗和锂离子扩散系数随充放电程度的变化规律。