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锂离子电池是一种广泛应用的电能存储技术。高速发展的个人消费电子、车用动力电池和规模化储能等领域对锂离子电池提出了的新需求,新型锂离子电池的负极材料和正极材料的开发与优化是满足这些需求的关键举措。商品化的锂离子电池负极材料利用Li+在石墨层间的嵌入反应实现储锂,该机制对应的LiC6具有372 mAh g-1的理论比容量。为了提高锂离子电池负极材料的性能,基于嵌入反应、转化反应和合金化反应的负极材料得到了研究者们深入的研究。依赖转化反应和合金化反应的负极材料能获得显著优于石墨的储锂容量,但体积变化效应阻碍了这类储锂机制材料的性能稳定性。金属Ga具有接近室温的低熔点和低挥发性。在充放电循环中可自愈效应可消除体积变化效应对电极结构的不利影响。针对金属Ga直接作为负极储锂材料存在容易聚集等不利因素,本文聚焦氧化镓作为潜在储锂材料,取得以下研究进展:1.不同含Ga组分作为负极储锂材料潜质的评估和筛选。使用了球磨法合成了 α-Ga2O3/C、GaP/C和GaSb/C三种含Ga材料,初始的脱锂比容量分别为940.1 rmAhg-1,944.3 mAhg-1和577.3 mAhg-1,通过控制球磨条件,所得α-Ga203/C在第20周的脱锂容量保持为688.6 mAh g-1,实现了一定的储锂稳定性。2.结构稳定的碳包覆Ga203(Ga203@C)负极。使用简便和对环境友好的水热法作为制备方法,通过水热反应前体pH可控调控了 Ga203活性组分和C组分的分布状态。通过HRTEM和BET中的孔径分布关系,明确指认了 C和Ga2O3组分的复合形式,该电极在200周充放电循环后保持了 721 mAh g-1的脱锂比容量并通过现场XANES证实了 Ga0组分在储锂过程中的生成。3.还原氧化石墨烯(RGO)负载不同晶型Ga2O3的性能。通过调控合成方式和条件制备了 α-Ga203/RGO、β3-Ga2O3/RGO和γ-Ga203/RGO,三者在第12周的脱锂容量分别为379.9 mAh g-1、253.4 mAh g-1和598.4 mAh g-1,这一结果初步验证出尖晶石结构的γ-Ga203在Ga203异构体中作为负极储锂材料的潜力。4.尖晶石型镓酸盐与还原氧化石墨烯(RGO)复合的负极材料。通过电子电导率的评估,选择NiGa2O4和ZnGa2O4作为活性组分,通过两步法和一锅溶剂热法实现了 NiGa2O4/RGO和ZnGa2O4/RGO均匀分布结构。NiGa2O4表现出了较好的储锂性能,以2.0 A g-1的电流充放电在第2000周的脱锂容量为621.1 mAh g-1。通过全电池的测试和离线XRD测试进一步证实了 NiGa2O4/RGO在储锂-脱锂循环中的结构稳定性。5.具有多级结构的Ga203/C负极材料。通过NaCl模板法制备了兼顾整体性导电网络和较短Li+固相传输距离的二维Ga2O3/C纳米片材料。以0.5 A g-1的电流密度充放电500周后保持了 1025.9 mAh g-1脱锂比容量,倍率测试中10 A g-1电流充放电保持了 378.1 mAh g-1的脱锂比容量,证明了多级结构(相对于Ga2O3@C结构)可有效提升性能。利用竹纤维中微米尺度的有序性结构,合成了一维Ga2O3/C微米条,该结构保持了竹纤维的微细纤维的多级结构,在1.0Ag-1电流充放电循环中第1500周保持了 401.6 mAh g-1的脱锂比容量。