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锉离子电池作为绿色二次电池在新能源领域中倍受关注,逐渐成为电动汽车等大型动力设备的潜在动力源。但是,商业化石墨负极的理论比容量相对较低,使其在储能领域的应用受到诸多限制。因此,研发能替代石墨负极并具有优异电化学性能、低成本、长循环寿命和高安全性的新型负极材料成为当前的重要任务。过渡金属氧化物和混合过渡金属氧化物均具有来源丰富、成本低、环境友好和理论比容量高(500-1000mAhg-1)的优点,逐渐成为锂离子电池负极材料的优选。但是其导电性差、而且充放电循环过程中容易发生大的体积改变,导致储锂性能大幅度降低。研究者们采用纳米化、结构设计、与碳质材料复合等多种方式来改善氧化物粒子的电化学性能。众多碳材料中,石墨烯拥有良好的化学稳定性、优异的电子传导性、大的理论比表面积和优异的机械性能,成为氧化物粒子的理想分散基体,更能有效提高其储锂性能。本论文基于氧化物与石墨烯之间的交互作用原理,探索简单的合成方法及构筑材料的多维结构以制备系列Fe3O4/石墨烯、CoO/石墨烯、CoFe2O4-Co/石墨烯、碳包覆CoFe2O4/石墨烯和三维CoO/石墨烯等具有高比容量、高倍率性能和长循环寿命的负极材料。文中对已合成电极材料的制备方法、结构与形貌进行了详细的研究和优化,并探讨金属氧化物基复合材料作为负极的储锂性能,进一步理解特殊结构、交互作用和石墨烯等对储锂性能的影响。采用改进的Hummers法制备氧化石墨水溶液、备用。通过气-液界面法和随后的热处理过程制备Fe304/石墨烯纳米复合材料。Fe304纳米粒子的平均粒径为50nm,均匀分散在轻薄、褶皱、波纹和缠结的网状石墨烯片层上。探讨了界面反应对材料结构、形貌的影响。电化学性能测试表明：在100mAg-1电流密度下,充放电循环50次后,Fe304/石墨烯纳米复合材料的比容量保持为1025mAhg-1。在100-4000mAg’电流密度下循环800次后,电流密度回到100mAg-1时,比容量仍然能够保持959.4mAhg-1。Fe304/石墨烯纳米复合材料具有优异的电化学性能,主要归因于界面反应制得的复合材料良好的结构稳定性和石墨烯引入而提高的导电性。以亲水性的氧化石墨水溶液和草酸铁为原料,采用简单、环保的一步原位法合成Fe304/石墨烯和CoO/石墨烯纳米复合材料。该方法有利于制得粒子尺寸小(小于10nm)、组织均匀、结晶性高以及杂质少的纳米复合材料,并能够保证纳米粒子和石墨烯之间强的交互作用。电化学性能测试表明：在100-6000mAg1电流密度下,持续循环1000次后,当电流密度回到100mAg1时,比容量高达1188mAhg-1,显示出高的比容量和非常优异的长周期循环稳定性。随着循环次数的增加,比容量逐渐增加,这种现象主要归因于小尺寸Fe304纳米粒子高密度均匀分散在石墨烯片层上,以及氧化物和石墨烯之间的界面交互作用。同样,在100mAg-1电流密度下,循环50次后,CoO/石墨烯纳米复合材料比容量为701.7mAhg-1,表现出良好的电化学性能。基于对铁或钻氧化物的研究,合成了一系列不同结构的混合过渡金属氧化物CoFe2O4基高性能负极材料。以草酸铁和乙酸钴为原料,采用原位法合成棒状结构CoFe2O4-Co复合材料,并通过控制原位处理温度,进一步优化复合材料的棒状、多孔结构。但是,复合材料没有表现出高的比容量和优异的循环稳定性。因此,采用无还原剂、环保的水热法,制备CoFe2O4-Co/石墨烯纳米复合材料。在100-9000mAg-1不同电流密度下,循环425次后,比容量保持为907.3mAhg-1,显示出远远高于棒状结构CoFe2O4-Co复合材料的储锂性能。金属氧化物与石墨烯之间形成强的界面交互作用是其具有优异电化学性能的根本原因。但是,未与石墨烯形成共价键的氧化物粒子很容易从石墨烯基体上脱落,并发生团聚,降低材料的储锂性能。因此,采用碳包覆和以石墨烯为分散基体双重保护方式构建核-壳结构以缓解氧化物粒子的体积改变、脱落和团聚。以氧化石墨和葡萄糖为碳源,通过水热条件和低温热解过程成功制备含33%石墨烯、5%无定形碳的碳包覆CoFe2O4/石墨烯纳米复合材料。在100mAg-1电流密度下,循环50次后,碳包覆CoFe2O4/石墨烯纳米复合材料表现出高的比容量925.6mAhg-1,显示优异的循环稳定性。在100-2400mAg-1不同电流密度下,循环135次后,复合材料仍保持高的比容量。从倍率性能测试后电极材料的扫描和透射电镜图发现,复合材料的结构、形貌与循环前的相似,说明电极材料具有良好的结构稳定性。基于上述核-壳限域结构的设计理念,如果将氧化物纳米粒子直接限制在三维网络结构石墨烯中,不仅可以增强粒子与石墨烯之间强的界面交互作用,还能阻止粒子的脱落、团聚和缩短Li+扩散路径。因此,通过水热法制备拥有史多优异性质的三维结构石墨烯水凝胶,进而合成三维CoO/石墨烯纳米复合材料。其中,CoO纳米粒子的存在有利于保持三维石墨烯水凝胶中的孔隙结构,从而保证电极材料中大的活性比表血积。在100-2400mAg-1电流密度下,循环82次后,比容量保持为1025.8mAhg-1,远远优于以前制备的二维CoO/石墨烯纳米复合材料的比容量。对循环后电极材料的形貌与结构进行表征,发现CoO纳米粒子的平均尺寸没有明显的改变,并且均匀分散在三维结构的石墨烯纳米片层上,显示出强的交互作用和优异的结构稳定性。