鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應以及環境友好等眾多突出優點，被廣泛應用於便攜式電子設備、電動出行工具、電網儲能等領域，已成為人們生活中不可或缺的一部分。鋰離子電池的性能，如工作電壓、能量密度、容量、循環性能、倍率性能等，與組成鋰離子電池的正、負極材料的性能密切相關。目前，商業上普遍采用石墨等各種碳材料作為鋰離子電池負極材料，但其理論比容量（372mA·h/g）較低，且其實際比容量已經接近理論比容量，基本無開發潛力。因此，探索和開發新型負極材料，進一步提高鋰離子電池的容量、快速充放電能力、安全性和壽命已成為目前鋰離子電池領域的研究熱點之一。過渡金屬氧化物具有高可逆容量，被認為是一種極具競爭力的鋰離子電池新型負極材料。在眾多過渡金屬氧化物負極材料中，鐵基尖晶石型雙過渡金屬氧化物AFe2O4（A為Zn、Co、Ni、Cu等金屬）因具有800~1000mA·h/g的高理論比容量而備受關注。尤其是尖晶石型ZnFe2O4，理論比容量高達1072mA·h/g，被認為是有應用前景的新一代鋰離子電池負極材料之一。與一般過渡金屬氧化物負極材料相比：ZnFe2O4中含有兩種過渡金屬，二者的協同作用可以調整材料能量密度和工作電壓；ZnFe2O4材料的儲鋰反應不僅涉及ZnFe2O4與Li 反應生成Zn、Fe和Li2O的轉化反應，而且Zn和Li可以進一步發生合金化反應生成ZnLix合金，從而提供額外的容量；除此之外，ZnFe2O4還具有無毒、環境友好、原材料來源廣泛、價格低廉等優點。但是，較差的循環穩定性和倍率性能是目前制約ZnFe2O4作為鋰離子電池負極材料實際應用的關鍵問題，這與ZnFe2O4材料自身導電性差和充放電過程中顯著的體積效應密切相關。形貌調控、與碳材料復合、金屬離子摻雜、與金屬氧化物復合等方法已經被證實是改善ZnFe2O4電極材料儲鋰性能的有效方法，但是現有的文獻報道大多數存在制備工藝復雜、過程不易控制、成本較高、不易於大規模生產等缺點。另外，目前對金屬離子摻雜鐵酸鋅以及鐵酸鋅與金屬氧化物復合提高鐵酸鋅的儲鋰性能方面的研究報道還較少。

本書圍繞鐵酸鋅的微觀結構、簡易制備和儲鋰性能調控三個方面對我們近年來開展的工作和取得的成果進行了繫統的介紹。首先，對鐵酸鋅材料的晶體結構、儲鋰反應機理、性能調控及制備方法進行了簡述；在此基礎上，采用性原理計算方法研究了鐵酸鋅及金屬離子摻雜鐵酸鋅的晶格結構和電子結構，為高性能鐵酸鋅及金屬摻雜鐵酸鋅的改性設計提供理論基礎；闡述了采用簡便的均相沉澱法、化學共沉澱法、液相一步焙燒法，並通過調控原料的成分和加入輔助劑的策略，設計制備各種高性能的鐵酸鋅基電極材料的方法，以及對其儲鋰性能及機理的研究，為高性能鐵酸鋅基電極材料的簡易制備提供了新方法，對深入理解鐵酸鋅基電極材料的微觀結構和電化學性能構/效關繫，進而促進ZnFe2O4電極材料性能提升和實際應用具有重要的理論和實際意義；後，介紹了以工業廢渣（鐵礬渣）硫酸浸出液為原料制備高性能的鐵酸鋅基負極材料的方法，以及對其儲鋰性能的研究，為含鋅、鐵的工業廢渣或廢液的高值化利用和降低環境污染提供了新途徑和技術參考。

本書的研究工作受到了國家自然科學基金(項目批準號：51964012和51464009)、中國博士後科學基金(2016M590754)和廣西自然科學基金(2017GXNSFAA198117)的資助，在此我們深表感謝。另外還要感謝宋曉波、張玉芳、嚴靖、鄭遠遠等為本書所做的貢獻。

由於時間倉促和水平有限，本書作為學術探討，難免存在疏漏和不嚴謹之處，懇請讀者批評指正。



著者

2021年1月