摘要
自十八世纪工业革命以来，能源一直作为推动人类社会发展的重要推力之一，然而传统能源的大量使用后带来的温室效应和资源短缺问题日益严重，清洁可再生能源的开发与利用正在成为当下的研究热点。锂/钠离子电池因其具有绿色环保、便捷、能量密度高等特点，已成为变革新能源革命中的重要研究内容。作为核心的电极材料，其性能的优劣将直接影响锂/钠离子电池关键性能的好坏。因此，开发成本低，高倍率性能，安全性好和使用循环寿命长的负极材料是目前锂/钠离子电池实现大规模发展关键，加强对电极材料的深层次研究将具有重要的研究价值。近年来，兴起的高熵材料因其具有组成复杂、可调控性强、结构稳定等优异性能，可以实现对电化学反应活性位点与工作电压的调控，并稳定在充放电过程中的电极结构，高熵效应是当前能量转化与储能材料研究的热点，特别是在电化学存储等方面。高熵设计理念的提出，有望为解决现有电极材料研发瓶颈、拓宽设计理念提供新发展思路。本论文将依据“高熵”设计理念，通过溶剂热和热处理制备高熵氧化物，接着通过水热法将高熵氧化物（HEO）与还原氧化石墨烯（rGO）复合制备复合材料作为锂/钠离子电池的负极材料，进一步揭示了HEO/rGO作为负极材料之间结构与性能关系，建立了高熵氧化物的结构与电化学性能之间的联系，解析了高熵氧化物在储能中相转变机制，充分挖掘了高熵氧化物在锂/钠离子电池中的应用。本文的主要研究内容如下： （1）采用溶剂热辅助热处理法制备高熵氧化物HEO（(Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2Co0.2)3O4）并通过水热法将HEO颗粒均匀分散于rGO中，所制备的复合材料用作钠离子电池（SIBs）的负极材料。利用SEM、XRD、EDS和Raman等表征手段对制备的高熵氧化物/rGO复合材料的微观结构进行表征，表明成功制备了尖晶石型HEO。制备的复合材料大的比表面积，促进离子/电子转移，同时增加电解液和电极材料的接触面积使二者充分浸润，有利于加快反应的速率。电化学测试中，在900℃温度下制备得到的HEO与rGO复合后。在充放电过程中电流密度为100mAg-1下，循环到200圈后仍能够保持在159.9mAhg-1的比容量且其首圈充放电比容量可达到439.1mAhg-1，展现了优异的循环稳定性。其在不同电流密度下的可逆容量，表明该材料具有良好的电化学可逆性。 （2）利用溶剂热结合热处理和水热法制备的高熵氧化物(Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2Co0.2)3O4/rGO复合材料作为锂离子电池的负极材料，并对其进行电化学性能的测试。在100mAg-1的电流密度下，循环到100圈时比容量能够保持在653.8mAhg-1，表现了优异的循环稳定性。在倍率测试中，在电流密度为100、200、500、1000、2000和5000mAg-1时的充放电测试循环放电容量分别为706.5、632.8、576.6、270.6和107.4mAhg-1的可逆循环容量，该HEO/rGO复合材料具有优异的倍率性能。通过动力学分析，HEO/rGO中锂存储过程主要依赖赝电容效应，赝电容贡献率的逐渐增加表明，HEO/rGO复合材料的独特结构可以为氧化还原反应提供更多的反应活性位点和缩短离子/电子的传输路径，从而促进了电化学循环性能；同时利用原位XRD进一步研究了HEO/rGO复合材料的储锂过程中电极的相转变方式。该材料在电化学测试中可以保持一个相对稳定的结构，使其具有优越的电化学稳定性。
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