一些特殊形貌的制备及电化学性能也被广泛研究。Rui等[6,38]先用水热法合成前驱体Co(CO3)0.5(OH)∙0.11H2O，然后在400℃下煅烧2h，制得平均直径约为1-2μm的海胆状Co3O4，在1C倍率条件下，循环100次后容量仍大于1100mAh.g-1，基本无衰减，保持率好。Huang等[39]以三乙醇胺为表面活性剂，先水热再热处理，成功制备了微纳结构的Co3O4立方体。在0.1C和1C的倍率下，初始容量分别为1298mAh.g-1和1041mAh.g-1，60次循环后容量保持率分别我99.3%和89.9%。此外，还有纳米带[40]、纳米笼[41]等形貌。

优化形貌的同时，掺杂、包覆也能有效地改善Co3O4的电化学性能。黄国勇等[42]采用液相沉淀法结合低温固相热解法合成了锂离子电池Co3O4片状负极，该片状直径为1.5-3.0μm，厚度约为100-300nm，比容量高且容量保持率好，在0.1C倍率下，首次放电容量高达1444.5mAh.g-1，50次循环后充电容量仍大于1100.0mAh.g-1。掺杂碳纳米管后，高倍率下容量保持率提高，倍率性能显著提升。Yan等[43]以双功能聚合物纳米纤维为模板和碳源，合成掺碳Co3O4中空纳米纤维。与未掺杂的Co3O4中空纳米纤维和固态Co3O4纳米纤维相比，它作为锂离子电池负极材料时具有显著的高比容量和优异的循环稳定性。Yang等[44]通过沉积的方法在Co3O4纤维外包覆石墨烯纳米片，它的可逆容量大，循环40次后约840mAh.g-1，循环稳定性和倍率性能良好。

1.4 论文的选题依据与研究内容

1.4.1 论文的选题依据

伴随着电子器件的小型化、轻便化，对电池面积能量密度和面积功率密度提出更高的要求。过渡金属氧化物作为锂离子电池负极越来越受到关注，并逐步取代石墨[45,46]。Co3O4比容量高，但循环容量衰减较快，大倍率下充放电时容量较低。本课题旨在通过水热法可控制备预嵌锂钴基纳米阵列电极，该电极经过精心设计，将钴基纳米片自组装成纳米线或纳米空心管，形成中空多孔的纳米结构。这种三维电极构架的设计，充分利用空间高度，能有效提高电极的体积能量密度和活性物质的比容量。另外，多孔结构能抵抗锂离子在脱嵌过程中产生的体积变化，从而提高材料的循环稳定性。

1.4.2 论文的研究内容

本论文的研究内容主要有以下几部分：

（1）水热法制备预嵌锂钴基纳米阵列电极，改变预嵌锂过程的水热温度和时间，以及后期的热处理，探究其对材料物相组成、微观形貌及电化学性能的影响。

（2）对活性材料进行结构和形貌表征，采用的表征技术有XRD、XPS、SEM，从中得到不同实验条件下合成材料的成分、结构和形貌信息。

（3）测试该电极的电化学性能。以锂片为对电极，做恒流充放电测试并研究电极的循环性能。

2 实验试剂、仪器与方法

2.1 实验试剂与仪器

2.1.1 实验试剂

在实验研究过程中，用到的主要药品如下表：

表2.1主要实验药品

药品名称 级别 生产厂家

六水合硝酸钴 AR，99% 国药集团化学试剂有限公司

脲（尿素） 分析纯 成都科龙化工试剂公司

氟化铵 分析纯 成都科龙化工试剂公司

一水合氢氧化锂