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锂离子电池金属氧化物负极材料具有合适的充放电平台与较高的比容量,但其导电率较低、充放电过程体积变化较大等影响了其产业化进程。本论文通过材料的硫化处理与电极的三维结构设计,提高其导电性;通过材料的组分调控与形貌的定向合成,减小充放电过程中的体积变化,提高其循环稳定性;通过改变电极材料的活化工艺,以优化固液相界面的锂离子传输性质;此外还初步探索了金属氧化物负极材料的储钠性能。采用水热法以泡沫镍作为生长基底兼集流体原位制备MnCo2O4.5纳米阵列、NiCo2O4纳米片及NiCo2S4纳米锥材料。作为无粘结剂与导电剂添加的自支撑锂离子电池负极材料,三者均有高的首次储锂容量,分别为1533、1834、1833mAh g-1(电流密度为0.1 A g-1),相应的首次库仑效率分别为60.4%、76.7%、87.4%。与氧相比,硫的电负性更弱,有利于锂离子的转移,提高电化学反应的活性与可逆性,然而也提高了放电平台,不利于组装全电池的输出电压,因此考虑到输出电压与能量密度则氧化物负极材料是更合适的选择。其中NiCo2O4纳米片具有良好的倍率性能与循环性能:在1、2、4 A g-1倍率下的储锂容量分别为1279、952、657 mAh g-1;以0.5 A g-1充放电100次后仍然保持1092 mAh g-1的高比容量。采用共沉淀法合成介孔球形(NixCoy Mn1-x-y)3O4多组分氧化物负极材料,通过优化元素比例提高材料的储锂性能。其中优化的(Ni0.1Co0.3Mn0.6)3O4负极材料以0.5 A g-1充放电500次后的储锂容量为851 mAh g-1,较之(Ni0.3Co0.3Mn0.4)3O4材料(以0.5 A g-1充放电100次后的储锂容量为39 mAh g-1)提升显著;将电流密度提高一倍充放电1500次后仍有501 mAh g-1的可逆容量,与活化电极（小电流充放电3次）相比保持率为69.3%,良好的循环稳定性源于多金属协同作用以及更短的离子传输路径与更有效的应力释放,也归因于优化的元素比例使得材料具有较好的晶型结构、更快的锂离子扩散速率以及表面生成更稳定的SEI膜。为了研究锂离子电池金属氧化物负极材料的容量衰减原因,定向制备不同形貌的NiCo2O4材料,分别是介孔微球、密实微球和纳米盘形貌,研究样品在循环过程中的形貌演变发现存在两种衰减行为:（1）材料结构崩塌,NiCo2O4介孔球在充放电过程中发生膨胀和收缩,材料过于疏松的一次颗粒堆积不能承受体积应变而粉化,造成极化增大,甚至于活性物质失去电接触而不再参与电化学反应;（2）锂离子固相传输受阻,NiCo2O4实心球与纳米盘材料表面生长了过厚的SEI膜,使得电子与离子的输运受到阻碍,电化学反应程度减弱。基于以上锂离子电池金属氧化物负极材料的容量衰减行为分析,定向制备纳米颗粒与中空球形的氧化物活性材料。设计的形貌具有更大的体积应变容纳能力与更快的电解液扩散速率,并且联合电极活化工艺优化SEI膜的稳定性与锂离子输运性质,实现高容量与高稳定性的锂离子电池金属氧化物负极材料的可控制备。其中Fe2O3中空微球锂离子电池负极材料以1 A g-1充放电1000次后的可逆容量为829 mAh g-1,容量保持率为92%。初步探索金属氧化物负极材料的储钠性能,结果表明材料的储钠活性比储锂活性低许多并且钠离子电池负极表面形成的SEI膜的结构和性质与锂离子电池的差异很大,因此材料作为钠离子电池负极活性物质的比容量和循环稳定性等电化学性能有明显不同于锂离子电池体系的特征。此外在以上研究过程中针对高性能的金属氧化物负极材料分别进行了锂/钠离子全电池的组装,均获得了较稳定的全电池性能,具有一定的可应用性。