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化石燃料的大量应用导致了温室效应,随着全球变暖问题日益紧迫,节能减排成为当今世界最为关注的焦点和主题。为了降低对石油能源的依靠和二氧化碳的排放,许多国家加大了对混合电动汽车及电动汽车的研究和投入,对其主要电源设备锂离子电池的能量密度,特别是功率密度提出了更高的要求。电极材料是影响锂离子性能的关键。由于纳米材料具有尺寸小,锂离子嵌/脱行程短,动力学性能优秀；比表面积大,嵌锂活性位点多；大电流下充放电时电极极化程度小、可逆容量高等特点,锂离子电池纳米电极材料得到广泛关注和研究。本论文从纳米材料出发,以MoOx、Ge、C为研究客体,探索了多种形貌纳米材料的合成条件及规律,进一步扩充了纳米材料库；测试了它们在大电流密度下的充放电性能,并着重考察了MoO2纳米材料电化学性能与其结构形貌的关系。主要内容包括：1.a-MoO3纳米带的制备和电化学性能研究通过水热法制备了单晶α-MoO3纳米带。该纳米带材料长5-10μm,宽200-500 nm,厚约50 nm,沿着[001]方向生长。作为锂离子电池正极材料,α-MOO3纳米带在30 mA/g电流密度下表现出264mAh/g的容量;当电流密度上升到5000mA/g时,容量达176mAh/gi(能量密度300Wh/kg,功率密度9000 W/kg),50次循环后容量还能保持到114mAh/g。相比微米级MoO3纳米材料在5000mA/g电流密度下容量不到70mAh/g,MoO3纳米带表现出更优越的倍率性能。2.系列MoO2纳米材料的制备和电化学性能研究首先,利用乙醇蒸汽还原法制得MOO2纳米颗粒。相比传统制备MOo2采用H2还原MoO3的方法,采用乙醇蒸汽替代H2,更加便宜、安全,而且还原温度降低,节约了能源。乙醇蒸汽在400℃6下还原MoO3,得到表面有半石墨化碳包覆的粒径约为100nm的单斜MoO2颗粒。该产物在500 mA/g的电流密度下首次充放电表现出约320mAh/g的可逆容量,20次循环几乎没有衰减。而H2还原MoO3所得MoO2微米颗粒在500 mA/g电流密度下可逆容量不到175mAh/g。可见乙醇蒸汽还原所得的MoO2表现出良好的大电流放电性能。同时,本文还关注MoO2一维纳米结构的合成。文献报道的一维MoO2纳米线和纳米棒主要是通过电化学沉积或气相沉积来制备,这些方法比较复杂,产物较难控制,产量低。用α-MoO3纳米带作为前驱体分散在水中,加入葡萄糖和乙醇后180℃反应一段时间,可得到碳包覆的单斜MoO2纳米带。通过对合成条件的探索,可以发现葡萄糖在α-MoO3纳米带表面的缩聚和焦化形成保护层的作用,有效防止了其在被乙醇还原过程中坍塌。所得MoO2@C纳米带含碳量23.81%,比表面积46.85 m2/g。500 mA/g电流密度下恒流充放电,该材料首次可逆容量达600 mAh/g,30次循环后仍能保持在550mAh/g。电流密度上升到1 000mA/g,首次可逆容量接近500mAh/g,30次循环后仍可保持在300mAh/g。此外,还以微米级MoO3为前驱体,乙二胺为还原剂,Fe2O3为辅助剂,通过水热法合成了银耳状六方MoO2。该材料具有多级结构,它由超薄MoO2纳米片(厚约10 nm)组成外观形貌,内部包裹辅助剂Fe2O3。在70 mA/g电流密度下,银耳状MoO2可逆容量可达650mAh/g;当电流密度提高到10倍700 mA/g,其可逆容量仍然可以保持在300mAh/g左右。从所合成的MoO2纳米材料的电化学性能可以看出,它们都表现出比微米级MoO2材料更加良好的大电流充放电性能,这与它们尺寸小,比表面积大的形貌结构特征是分不开的。对比三种材料,MoO2@C纳米带表现出最好的性能,这可能是由于它具有适中的尺寸、一维形貌和完好的碳包覆层,这三个因素使其在大电流下既具有高的比容量,又保持了良好的循环性能。3.无序介孔Ge的制备和电化学性能以GeO2为前驱体、Mg为还原剂,通过机械球磨方法使其发生氧化还原反应,得到Ge、MgO和GeMg：的混合物,然后在盐酸溶液的刻蚀作用下除去MgO和GeMg2,成功制备了无序介孔的Ge单质。通过TEM观察,可以清楚看到无序介孔的存在,氮气等温吸附结果测得其比表面积为49.98 m2/g,主要孔径分布在10nm左右,进一步证明了产物的无序介孔结构。作为锂离子电池负极材料,无序介孔Ge在150 mA/g电流密度下首次可逆容量为944.2mAh/g,20次循环后可逆容量还能保持在789.3mAh/g,表现出比无孔Ge更好的循环性能(无孔Ge首次可逆容量为970.2 mAh/g,20次后衰减至16.1mAh/g)和较好的大倍率性能。4.碳纳米球的制备和电化学性能以乳液聚合所得聚丙烯腈(PAN)纳米粒子为前驱体,通过在其表面包覆一层磷酸钛以隔离粒子间相互接触,有效防止了PAN在碳化过程中发生交联和团聚。碳化之后酸洗除去包覆层,得到了平均粒径约为50 nm的纯净碳纳米球。将碳纳米球作为锂离子电池负极材料测试了其电化学性能。循环伏安法测得其表观扩散系数为1.59×10-cm2/s,在5 mA/cm2(约720.0 mA/g)电流密度下首次可逆容量为131.3mAh/g,表现出比石墨微球更好的倍率性能。5.氧化物包覆石墨材料在丙烯碳酸酯(PC)基电解液中的电化学性能用MoO3作为包覆材料,在石墨化材料CMS表面进行了改性。研究发现,MoO3包覆层减少了石墨端面在电解液中的暴露。恒流充放电结果显示,MoO3包覆后的CMS有效防止了PC电解液的持续分解和溶剂化Li+在石墨片层中的嵌入,使CMS在PC基电解液中能够可逆储锂。其首次可逆容量达到380mAh/g,18次循环后可逆容量仍能够保持在300mAh/g(60 mA/g电流密度下恒流充放电),与石墨材料在乙烯碳酸酯(EC)中的容量相当,性能比较令人满意。