● 摘要
本文对新型锂离子电池电极材料进行了研究，主要包括以下几个方面：合成了三种具有新颖纳米结构的LiFePO4正极材料，提升了其能量密度以及功率密度；设计并合成了两种介孔结构的SnO2负极材料并提升了其循环稳定性能；首次使用一步原位法合成了GeO2/石墨烯纳米复合材料，并获得了良好的电化学性能；基于原位同步辐射技术，研究了Fe2O3/石墨烯复合材料的容量增长机制。具体介绍如下：
设计了一种内部包裹有石墨烯的LiFePO4介孔微米球。石墨烯三维导电网络结构能够充分保证LiFePO4良好的电子导电性，而其介孔结构又能够保证电解液的快速渗入，这有利于锂离子的快速迁移。在20 C的电流密度下，放电容量可达到118 mAh/g。此外，该材料的振实密度高达1.55 g/cm3。
用溶剂热制备了一种由纳米片紧密堆积而成的微米球形LiFePO4多级结构纳米材料。直径在 8 ~ 10 µm，片层厚度20 ~ 30 nm，振实密度达1.5 g/cm3。由于材料具有较大的比表面积以及丰富的孔隙率，再加上极薄的初级纳米片层结构利于锂离子快速嵌入与脱出，该材料具有良好的高倍率性能。在5 C以及10 C的电流密度下，材料的容量高达129 mAh/g，104 mAh/g。
用溶剂热法合成了具有玫瑰花状结构的LiFePO4多级结构纳米正极材料。其初级纳米片厚度只有3.6 nm，且暴露择优嵌锂面[010]面。作为锂离子电池正极材料，玫瑰花状LFP在没有导电剂存在的情况下，在5 C的倍率下，能够放出118 mAhg-1的容量；在添加15%的乙炔黑作为导电剂的情况下，能够放出160 mAh/g的容量。
使用CaSnO(OH)6微米立方体一种模板，用两种不同的方法合成了孔隙率可以调节的SnO2纳米立方体。储锂性质测试表明，具有合适的孔隙率的多孔SnO2纳米立方体循环性能最佳。
使用一步溶剂热法制备了单层纳米晶组装成的SnO2空心纳米球，球的直径在40 ~ 50 nm左右，壁厚在10 nm左右，比表面积高达202.5 m2/g。作为锂离子电池负极材料，在0.2 C的电流密度下，循环20次后的容量保持率高达85%；在经过1 C的电流密度循环20次后，几乎没有容量衰减；最后在0.5C的电流密度下循环20次，容量仍高于商品石墨负极的理论容量。
用一步原位化学法合成了GeO2与石墨烯（GNs）的复合材料。所合成的GeO2/GNs复合材料没有团聚现象，GeO2颗粒均匀分布的包裹或附着在石墨烯二维结构表面。这种复合结构既能保证每个GeO2纳米颗粒良好的电子导电性，又能有效的缓冲在充放电过程中锂离子进出而引起的体积变化。因此，作为锂离子电池负极材料，GeO2/GNs表现出极高的可逆容量（1110.6 mAh/g），良好的循环性能（50次循环后容量保持率高达90%），以及优异的高倍率性能（在3 A/g的电流密度下容量~ 540 mAh/g）。
用一步法合成了Fe2O3/石墨烯（GNs）复合材料。作为锂离子电池负极材料，它表现出了奇特的性质，容量从第一圈的404 mAh/g逐步上升到第70圈的864 mAh/g。我们使用XAFS技术研究了其容量上升机制。结果表明，在循环过程中，Fe2O3分解率的逐步上升正是造成其容量逐步提升的根本因素。