锂离子电池的电解液主要为含锂盐的有机电解液，常用的锂盐有LiPF6，LiBF4和LiClO4等，有机溶剂一般包括碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）等。LiPF6在充放电过程中能够参与SEI膜的形成，但LiPF6的分解会导致不可逆容量，降低电池性能[12]。隔膜的作用是传导Li+的同时具有绝缘的功能，目前主要使用聚乙烯或聚丙烯微孔膜作为隔膜材料。

锂离子电池在充放电过程中，Li+从电极材料的结构中嵌入或脱出，即：充电过程中，Li+从正极结构中脱出，经过电解质后嵌入负极间隙；放电过程则与之相反。

以C（石墨）作为负极材料，LiMxOy作为正极材料，其电池反应可表示如下：

LiMxOy + nC = Li1-xMxOy + LixCn

图1。3  锂离子电池工作原理

1。2  过渡金属氧化物

目前商业化的锂离子电池中，正极材料一般使用钴酸锂，负极材料多使用石墨[13]。随着科技的不断提高，这两种材料的性能已经无法满足越来越高的容量需求。因此，以提高电池容量为目的开发新型电极材料，才能满足现代化发展的要求。

2000年，Tarascon等人发现以过渡金属氧化物作为负极材料的锂离子电池，在电化学性能测试中表现优异[14]。此后，关于过渡金属氧化物，如Co3O4、Fe2O3和MnO等[15]，作为锂离子电池负极材料的报道如雨后春笋般出现。过渡金属氧化物具有较高的理论容量，而且纳米结构的过渡金属氧化物容易合成，其形貌、尺寸容易调控，有利于系统地研究结构和电化学性能间的关系。因此，过渡金属氧化物成为了锂离子电池研究中的一大热点。

由于过渡金属氧化物晶格中不存在Li+嵌入的位置，很难发生嵌入反应，因此具有与众不同的电池反应机理。首先，过渡金属氧化物MO与金属Li发生反应，生成过渡金属M和Li2O的纳米弥散相。随后在充电过程中，由于纳米过渡金属M的高活性导致Li-O断裂，生成纳米MO，从而使反应能够循环进行。

但是，过渡金属氧化物也存在着一些缺点，严重影响其实际应用[16]。其一，这类材料的晶体结构稳定，导致其离子传输速率较差，严重影响电极材料的倍率性能；其二，在充放电时发生的嵌锂/脱锂过程中，过渡金属氧化物会产生明显的体积膨胀/收缩的现象，造成电极材料粉化，从而降低其循环性能和使用寿命。文献综述

因此提高这种材料的导电性以及稳定性成为改善锂离子电池整体性能的关键，目前对过渡金属氧化物有效改性的主要措施包括：

（1）与碳基材料进行复合。与其他材料复合可以实现优势互补，发挥材料间的协同作用。碳材料由于具有较高的电子电导率和电化学稳定性，通常被认为是进行复合的首选材料。以石墨烯（graphene）为例，其导电性良好，片层非常柔韧，在没有外力作用下呈卷曲褶皱，能够在电极材料中形成稳定的三维空间导电网络。经过退火处理的CoFe2O4/graphene，在电流密度 0。1 A g-1时，循环200圈后比容量保持1257 mAh g-1；而且其比率性能同样出众，在电流密度分别为1 A g-1、2 A g-1、5 A g-1和10 A g-1时，比容量分别是696 mAh g-1、495 mAh g-1、308 mAh g-1和254 mAh g-1，适合在大电流下工作[17]。

（2）构筑不同形貌的纳米材料。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100 nm）或由它们作为基本单元构成的材料[18]。具有一定形貌的纳米材料能提供额外的储锂活性位点，并且极大地缓解充放电过程中体积膨胀/收缩所产生的破坏性压力，从而使电极结构趋于稳定。例如，α-Fe2O3空心纳米球与实心颗粒相比，循环性能更好：电流密度200 mA g-1，循环100圈后容量仍能维持710 mAh g-1左右[19]。 过渡金属氧化物纳米材料制备与储锂性能研究(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_91171.html