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锂离子电池由于具有高工作电压平台、高能量密度、良好的循环稳定性等优点,成为手机,笔记本电脑,数码相机等便携式电子产品的主要电源。然而,现有的锂离子电池的能量密度还是不能满足未来混合动力型汽车、电动汽车和智能化电网等大功率设备的需求。在现有的电极材料中,作为过渡金属氧酸锂盐的一类,Li-M-O(M=过渡金属)类锂离子电池电极材料受到了广泛的关注及探索,这是由于过渡金属含有多种价态,可以保证在充放电过程中锂离子的电中性,另外,含锂的化合物一般拥有较高的开路电压。这类材料中,一些材料既可以用作正极材料,也可以作为负极材料。Li-M-O类电极材料依旧存在体积膨胀、容量迅速衰减等问题,为了解决这类问题,采用简单的固相方法将碳与Li-M-O材料复合来抑制体积膨胀,提高Li-M-O类电极材料的电化学性能,同时也尝试通过机械球磨的方法开发出高能量密度的富锂电极材料。(1)通过一步原位固相法合成γ-LiFe02和α-LiFeC2/C。通过XRD表征可知,y-LiFe02为纯相,由SEM和TEM图可知,γ-LiFeO2的尺寸在100-300nm,γ-LiFeO2的首次放电容量可达1055.3 mAh/g,50圈循环之后,容量保持率相较于第二圈接近80%。复合碳后的α-LiFeO2尺寸缩小。α-LiFeO2/C的微观结构是20～100nm的α-LiFe02颗粒负载在碳的表面和内部。与纯相α-LiFeO2对比,α-LiFeO2/C具有更高的循环容量以及优异的倍率性能。在0.1 C(84.8 mA/g)的电流下,α-LiFe02/C首圈放电容量可达1830.4 mAh/g,经过120圈之后,依旧还有 792.3 mAh/g 的放电容量,比纯相α-LiFe02(554.5 mAh/g)多了 237.8 mAh/g。在 1 C的电流密度下,α-LiFeO2/C的首圈放电容量还是有1820mAh/g,经过120圈之后,还剩余572.1 mAh/g的容量,在高倍率下也显示了不错的循环稳定性。合成LiFe02的方法较为简单,可大批量合成,且其用作锂离子电池负极材料使性能优越,具有不错的潜力。(2)采用固相反应和球磨技术制备了 LiFeTi04和CNTs的复合材料。相对于其它铁基聚阴离子型正极材料,LiFeTi04的研究相对较少,它的低氧化还原电位很可能是导致这种现象的原因之一。Fe可以实现在5 V以下Fe3+/Fe4+的转变。因此,LiFeTiO4/CNTs在100次循环后,它的放电容量依旧可达200 mAh/g以上。在0.1 C、0.2 C、0.4 C、1C、2 C、4 C和8C下,容量分别为253、167、125、87、62、37和15 mAh/g。回到0.1 C时容量可以恢复到193 mAh/g,说明这种材料具有不错的倍率性能。LiFeTi04@CNTs可以为将来研究高能量密度的电极材料打下基础。(3)采用机械球磨的方法合成了一种新型的富锂Li44Co2O5材料。根据其XRD的宽峰判断其尺寸较小且结晶度不高。通过SEM电镜看出球磨合成的这种材料具有层状片聚合成的花状结构,且周围有一些絮状碳黑包覆着。通过C-V测试,探索了 Li4Co2O5的反应机理,发现这种材料的理论容量高达475 mAh/g。在0.1 C的电流密度下,实际放电容量最高接近300mAh/g,显示了这种材料的巨大潜力。虽然这种材料的研究处于萌芽阶段,还存在很多缺点,但目前已知的数据都表明Li4Co205在未来经过不断调整与改性之后,具有非常好的应用前景。