【摘 要】
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锂离子电池（LIBs）是近年来电化学二次电池技术的重要突破,在储能和电力系统等领域推而广之。迄今,石墨一直被认为是LIBs负极的商业材料。但是,其较低的比容量(375 m Ah g-1)并不能满足日益月滋的能源需求。故而,开发和制造具有优良电化学性能的新型负极材料是非常必要的。MOFs衍生的金属氧化物/碳（MaXb/C）负极材料的结构可控、孔隙率高和比容量高等特征,使其广泛应用于LIBs。但其存在
【基金项目】
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山西省重点研发项目（201803D121035）； 山西省青年科学研究项目“TiO2 氧空位浓度与深度调控提升储锂性能研究”（20210302124463）； 中北大学研究生科技项目资助项目（20200806）；
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锂离子电池（LIBs）是近年来电化学二次电池技术的重要突破,在储能和电力系统等领域推而广之。迄今,石墨一直被认为是LIBs负极的商业材料。但是,其较低的比容量(375 m Ah g-1)并不能满足日益月滋的能源需求。故而,开发和制造具有优良电化学性能的新型负极材料是非常必要的。MOFs衍生的金属氧化物/碳（MaXb/C）负极材料的结构可控、孔隙率高和比容量高等特征,使其广泛应用于LIBs。但其存在的严重的体积膨胀、电导率低等问题也大大的阻碍了它的发展。本论文针对以上问题,结合材料纳米化、形貌调控和氮掺杂等多种策略,力求实现优化电池的储锂性能,具体如下:（1）通过蚀刻-热解-氧化策略,获得了空心微球集合的CuO/Cu2O@C异质结构多面体（约116 nm）。将Cu O/Cu2O@C复合物用作LIBs负极,展现出优异的初始放电比容量和较长的循环寿命:在0.05 A g-1下的比容量为1053 m Ah g-1,对应70%的初始库伦效率（ICE）;在1 A g-1下循环1000次后仍具有510 m Ah g-1的比容量;并且在经历0.05-5A g-1的电流梯度后,再次回到0.05 A g-1下,放电容量依旧能恢复到663 m Ah g-1。另外,利用不同扫速的CV探讨了Cu O/Cu2O@C在循环过程中扩散和电容并存的储能行为。这优异的电化学性能可归因于CuO/Cu2O@C的中空球形结构、交联的多孔碳网络以及Cu O和Cu2O双组分间的协同作用。（2）通过表面离子释放和原位氧化策略,成功地构建了由一维（1D）多孔碳微管支撑的多尺寸Bi2O3纳米颗粒（ms-Bi2O3/CMTs）。结合多尺寸纳米颗粒结构的1D多孔微管材料可以为高速氧化还原反应提供更丰富的电化学活性位点和更短的锂存储路径,这有利于离子传输动力学。不同扫描速率的CV测试验证了ms-Bi2O3/CMTs中扩散/电容控制共存的锂存储机制。该复合物表现出超长的循环寿命和非凡的可逆容量:在1 A g-1下循环3000次后仍具有392.6 m Ah g-1的比容量;并且在经历0.05-5 A g-1的不同电流密度后,当它恢复到0.05 A g-1并继续循环100次后,仍能提供546.3 mAh g-1的容量,这表明ms-Bi2O3/CMTs是非常有前景的LIBs潜在负极。（3）使用ZIF-8和g-C3N4作为氮源,通过简单快速的固相法精确调控了N掺杂碳（CN）涂层覆盖的凹面空心Zn O@C十二面体（Zn O@C@CN）。集较多的氮掺杂和吡咯氮含量、CN涂层和内凹空心结构等优异结构特征于一体的Zn O@C@CN十二面体可提供额外的缺陷、空位和储锂位点,大大地提升了电极的循环稳定性和储锂容量。作为LIBs负极,Zn O@C@CN-4的初始放电比容量为1769.4 m Ah g-1,在1 A g-1循环1000次后的可逆放电容量为546.2 m Ah g-1。更重要的是,倍率性能数据显示在1 A g-1下为326.5m Ah g-1,且从大电流回到低电流继续循环100圈后仍能保持678.1 mAh g-1的高容量。
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