全球经济的快速发展导致了化石能源的不断消耗以及环境问题的日益严重,因此,开发清洁、高效的可持续性新能源成为当今社会的重要课题。其中,锂离子电池具有能量密度高、功率密度高及循环寿命长等优势,已经广泛应用于便携式电子设备中,并慢慢应用于电动汽车或混合电动汽车等领域中。电极材料是锂离子电池的重要组成部分,也是限制其发展的关键因素之一。开发高比容量、高能量密度及长循环寿命的电极材料是锂离子电池发展的最主要内容。氧化锰作为锂离子电池的负极材料,具有比容量高、价格低、稳定性高及资源丰富等众多优点,受到了人们越来越多的亲睐。然而,氧化锰的低导电性以及充放电过程中的体积膨胀导致其循环性能和倍率性能并不理想,限制了其实际应用。基于以上问题,本论文重点研究了如何缓解氧化锰在充放电过程中的体积膨胀/收缩问题,以及如何提高电极材料的电子电导率和离子电导率,从而提高氧化锰电极材料的循环性能和倍率性能。本论文通过一套系统、简便、环保的液相还原法合成了多种形态的氧化锰微纳材料,深入研究了合成机理及其电化学机制,探讨了结构与性能之间的关系,并取得了一些非常有意义的研究结果,具体如下:(1)合成了不同尺寸且形状规则的单晶Mn3O4纳米八面体。本论文证明Mn3O4纳米八面体的电化学性能与{011}高活性晶面有关:Mn3O4纳米八面体{011}高活性晶面是由交替的Mn原子层和O原子层组成,能够促进Mn3O4和锂金属之间的转化反应。另外,Mn3O4纳米八面体的纳米尺寸保证电极材料和电解液充分接触,促进电子的快速迁移,缩短锂离子的迁移距离。较高的比表面积和{011}高能面的协同作用确保了Mn3O4纳米八面体具有优异的电化学性能。(2)采用原位碳化法构筑了两种分级结构的介孔Mn3O4/C微米球。其介孔结构的形成伴随着Mn3O4的结晶,并且Mn-DEG分子中的DEG配体直接原位碳化形成碳骨架。这种分级结构的介孔Mn3O4/C微米球能够促进电极材料和电解液的充分接触,缩短锂离子的迁移距离,降低电子的迁移阻抗以及提供稳定的结构,因此,在0.01~3 V的电位窗口范围,表现出很高的储锂容量(100 mA/g时比容量为915 mAh/g)、良好的循环稳定性和优异的倍率性能。在0.01~1.5 V的电位窗口范围,电流密度为100 mA/g时,Mn3O4/C微米球的比容量为556mAh/g,当电流密度提高到1000 mA/g时,其比容量仍有269 mAh/g。(3)采用热分解单晶MnCO3立方块制备出了双连续的双介孔单晶Mn2O3立方块。此单晶Mn2O3立方块具有相互连通的网络状结构和较高的比表面积,双介孔贯穿整个单晶体立方块。通过制备的三种不同尺寸的Mn2O3立方块(500nm,700 nm和1.2μm),我们研究了孔结构和晶体尺寸与电化学性能之间的关系。结果表明,尺寸为700nm的Mn2O3立方块呈现出最好的电化学性能:高可逆比容量(100 mA/g的比容量为845 mAh/g)、高库伦效率(第二圈之后高于95%)、优异的循环稳定性及倍率性能(1000 mA/g的比容量为410 mAh/g)。Mn2O3立方块具有如此优异的电化学性能是由于电极材料具有独特的双连续的双介孔结构。(4)采用原位合成手段构筑了一种高均匀性、高单分散性的核桃状多孔MnO2/C纳米球。其中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂和稳定剂,同时也作为碳源,在MnO2的结晶过程中形成碳骨架。作负极材料使用时,核桃状多孔MnO2/C纳米球表现出超高的可逆比容量(100 mA/g的比容量为1176mAh/g),高稳定性及优异的倍率性能(1000 mA/g的比容量为540 mAh/g)。进一步研究发现,MnO2/C纳米球具有很强的电化学反应动力学,即在充电过程中Mn2+会进一步氧化为Mn3+,促进了比容量的进一步提升。特别是在1000 mA/g电流密度下经过长时间循环后,MnO2/C纳米球依然表现出极高的比容量(1192mAh/g),接近于MnO2的理论比容量(1230 mAh/g),在目前所有报道过的MnO2电极材料中是最高的。(5)采用简单的液相反应首次合成了一种新型的锰醇盐和氮掺杂石墨烯的纳米复合材料(Mn-EG/NG)。用作锂离子电池负极材料时,该材料表现出非常高的可逆比容量(100 mA/g的比容量为946.6 mAh/g),优异的倍率性能(2000mA/g的比容量为704 mAh/g)和较长的循环寿命(在1000 mA/g循环300圈之后仍然有97.4%的容量保持率),优于目前报道的大多数氧化锰电极材料,这归因于Mn-EG的高比容量和氮掺杂导电石墨烯的协同作用。这种新型的复合材料能够用来设计高能量密度、高功率密度、长循环寿命锂离子电池负极材料。