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与传统的锂离子电池碳负极材料相比较,过渡金属氧化物具有更高的理论比容量、更大的地表储存量和更好的安全性能。众所周知,Co3O4具有良好的电化学性能,被认为最有可能替代碳负极的材料。然而Co的价格昂贵,具有毒性等缺点限制了其进一步应用和发展。用诸如Zn、Ni、Fe和Mn等较为便宜和无毒害的原子取代Co3O4中的一个或者多个Co原子,能有效地解决这一难题。此外不同的过渡金属原子之间具有一定的协同作用,从而使其拥有更好的电化学性能。因此本文选取Zn M2O4(M=Co,Fe,Mn)为研究对象。然而Zn M2O4存在导电性差、体积变化大、容量衰减快等问题。针对Zn M2O4的缺点,本文从制备和改性两个方面来提高Zn M2O4的电化学性能。论文主要的研究结果如下:(1)提出了回流–化学聚合法制备介孔Zn Co2O4/PPy球复合材料的新方法。与纯相的Zn Co2O4相比,Zn Co2O4/PPy表现出良好的电化学性能,充放电电流密度为0.1A·g–1时,经过100次循环后,Zn Co2O4/PPy放电容量615 m Ah·g–1;提高电流密度至0.2 A·g–1时,在经过100次充放电后,Zn Co2O4/PPy的容量为458 m Ah·g–1,远高于Zn Co2O4的224 m Ah·g–1;Zn Co2O4/PPy优异的电化学性能主要是因为PPy层的均匀包覆,改善Zn Co2O4的导电性能,缓解由于Zn Co2O4晶体结构变化导致的体积膨胀。(2)提出了回流法制备Ni掺杂Zn Co2O4复合材料的新方法。Ni掺杂能充分利用Ni基氧化物的高倍率性能,有效提高ZnxNi1-x Co2O4的电化学性能;利用Zn、Ni和Co之间的协同作用,使ZnxNi1-x Co2O4具有优异的电化学性能;当设计的x值为0.25时,Znx Ni1-x Co2O4具有较佳的循环性能,在100 m A·g–1电流密度下循环30次之后,其放电比容量高达1558.7 m Ah·g–1;ZnxNi1-x Co2O4(x=0.25)同样表现出出色的倍率性能,当电流密度高达2000 m A·g–1时,依然具有1056.2 m Ah·g–1的放电容量。(3)首次采用NH4F作为结构导向剂,合成了不同暴露晶面的Zn Fe2O4。制备出的Zn Fe2O4分别拥有立方体、切角八面体和八面体三种形貌,水热时间是影响Zn Fe2O4形貌的主要因素;揭示出三种形貌Zn Fe2O4的电化学性能排序为―八面体>切角八面体>立方体‖,表明电极材料的暴露晶面对其电化学性能具有重要影响。(4)提出了一种以H2C2O4作为沉淀剂制备一维介孔Zn Fe2O4的共沉淀法。H2C2O4能降低Zn2+和Fe2+两种离子的溶度积差,从而保证两种离子按比例共沉淀;当Zn Cl2和Fe SO4混合水溶液注入到超高浓度的H2C2O4溶液中局部的区域内,Fe SO4与H2C2O4络合,因而形成线性结构;杆状介孔的Zn Fe2O4充分利用介孔结构和一维结构的优势,表现出良好的电化学性能,在100 m A·g–1电流密度下,经过50次循环容量保持在983 m Ah·g–1。(5)采用溶剂热法,巧妙的通过调整溶液的粘度制备出了尺寸较小的介孔Zn Mn2O4球。调整溶液的粘度至适中时,形成的小颗粒团聚的介孔结构;优化出去离子水的加入量为15 ml时,其混合溶液的粘度适宜形成介孔结构;电化学性能测试表明介孔Zn Mn2O4球具有良好的循环性能和倍率性能,在100 m A·g–1电流密度下循环30次后容量高达1079 m Ah·g–1,在500 m A·g–1电流密度下循环80次之后仍能保持748m Ah·g–1,并且其库伦效率高达97%。(6)提出了以酒石酸钾钠为结构导向剂,采用溶剂热法合成分级结构的Zn Mn2O4的新思路。研究了不同酒石酸钾钠含量及溶剂热时间对其结构的影响及可能的形成机制;当酒石酸钾钠的加入量为1 mmol时,合成的分级结构较完整;优化出12 h的水热时间适宜得到完整的分级结构;揭示出煅烧温度为350 oC的样品表现出更好的电化学性能。