锂离子电池作为新一代清洁绿色的二次电池储能体系,已经成为了目前储能体系的首选。目前商业化的锂离子电池一般采用石墨为负极材料,但其本身的振实密度较低,理论比容量较低（372 mAh g-1）,以及过低的嵌锂电位使得电池在循环过程中易沉积锂,产生锂枝晶刺破隔膜从而造成一系列安全隐患。因此,石墨负极已经无法满足人们对高容量、高安全性锂离子电池的需求。基于此,高性能、高安全性的锂离子电池负极材料的改性与研究就成为了目前锂电科研工作者的研究热点。氧族化合物,尤其是氧基化合物和硫属化合物,由于具有较高的理论比容量,合适的嵌锂电位以及价格低廉,环境友好等等优势,已经成为新一代具有商业化潜力的负极材料。但与此同时,氧族化合物在商业化发展的道路上也面临着一些阻碍。例如,基于转化反应的金属氧化物本身导电性较差,体积膨胀较大影响了其循环过程中的库伦效率和循环稳定性;而基于嵌入反应机理的钒氧化合物,虽有着良好的循环稳定性和较小的体积膨胀,但同时也面临着热安全稳定性未知等问题;另外,金属硫化物有着较为优异的循环倍率性能,也使其成为具有发展潜力的负极材料,但由于金属硫化物在酯类电解液中没有活性,而醚类电解液抗氧化性弱,无法匹配高电压商业化正极材料从而限制了金属硫化物的发展;本论文主要针对以上几个热点问题,从三个方向展开对锂离子电池负极材料的改性与机理研究,具体包括以下内容:1、以CoFe2O4作为转化型机理金属氧化物的代表进行材料改性的研究。针对材料导电性低以及体积膨胀等问题,采用软模板辅助喷雾干燥法,一步合成了具有蜂窝状结构的碳复合材料PS-CFO/CNTs/rGO。在该材料中,碳纳米管作为导电网络骨架,还原氧化石墨烯隔绝了材料与电解液的直接接触,空心多孔的结构提供了良好的缓冲空间,这三者结合有效地提升了材料的整体导电性和缓解了体积效应。电化学测试表明,PS-CFO/CNTs/rGO复合材料在锂离子电池中展现出较高的可逆放电比容量以及优异的循环性能（在0.2Ag-1电流密度下循环100圈保持916 mAhg-1的高可逆容量）。并通过循环伏安法（CV）、恒电流间歇滴定技术（GITT）以及电化学阻抗图谱（EIS）等方式对该材料进行了电化学及反应动力学的机理研究,发现碳的复合与该结构的设计可以有效的缩短锂离子扩散路径和增强锂离子的传导。并成功通过一种预处理手段对极片进行预处理,将其应用到钠离子电池当中,提升了钠离子电池的可逆容量及倍率循环性能（在1 Ag-1的电流密度下循环5000圈仍保持195mAhg-1的可逆比容量）,该预处理法可推广到其它氧化物材料当中。2、以Li3VO4负极作为嵌入型机理氧化物的代表进行热行为机理的探究。通过DSC测试对Li3VO4/Li体系的热行为机理进行了系统的分析。并通过控制变量法,确认了 35～800℃各个不同温度段所产生的放热峰的反应机理。确定了满嵌锂状态下的Li3VO4体系中,活性物质、材料表面钝化膜,电解液以及粘结剂的热反应温度及放热量。并通过条件实验,发现体系放热量随着循环圈数及嵌锂程度的增加而增加,且嵌锂程度对放热量的影响更大。该系统的热分析对Li3VO4电池未来商业化的安全设计具有指导性的意义。3、以Cu2S负极作为硫化物的代表进行与酯类电解液适配性的研究。通过碳包埋,人工SEI,电解液添加剂等去溶剂化的方式对Cu2S与酯类电解液匹配的体系进行了改性,提升了 Cu2S在酯类电解液中的循环性能（从循环五圈后失活容量衰减为0 mAh g-1,提升为在0.2 A g-1电流密度下循环100圈后仍保持308 mAh g-1的放电比容量）。并针对电解液添加剂的成膜机理进行了探究,发现VC电解液添加剂会在Cu2S电极一侧成膜,从而发挥去溶剂化的作用。