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随着能源的不断耗竭,电动车辆、混合电动车辆和便携式电子设备数量的迅猛发展,锂离子电池因其高的能量/重量比、功率/重量比和低的自放电率,成为能源存储装置的主要选择对象。但是,传统的以石墨为负极的锂离子电池技术已不能满足人们对高比能量、长循环寿命和快速充放电等的需求。因此,开发新型锂离子电池负极材料成为锂离子电池发展领域的研究重点。本文采用了湿化学方法和后续热处理相结合的手段,对过渡金属氧化物的结构和组成进行调控,设计合成了OMC/TiO2、金属掺杂NiO和NiCo2O4、C@ZnMn2O4/C。并对其作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行了系统研究,阐释了电化学反应机制。主要研究内容如下：(1)通过溶剂热法合成了Ti02纳米晶均匀分布在有序介孔碳(OMC)基体的OMCT5和OMCT15复合材料,对其电化学性能和充放电机理进行了研究。结果表明,OMCT15在100 mA g-1的恒电流密度下,60个循环后比容量达到541 mAhg-1,库伦效率稳定在98%以上；即使在1600 mA g-1大电流密度下,比容量仍保留有260mA h g-1,远高于OMC(49 mAh g-1)和Ti02纳米晶(12 mAhg-1)的循环倍率比容量。在充放电过程中,OMC基体的三维有序介孔连通的网络促进了电解质溶液与电极材料充分接触,不仅为锂离子的传输提供了快速通道,而且缩短了锂离子和电子在复合电极材料中的传输距离。有序介孔通道更是有效地缓冲了Ti02纳米晶在嵌锂/脱锂过程中产生的体积膨胀,阻止了拥有高表面能TiO2纳米晶的团聚,提高了电极材料在循环过程中的结构稳定性。复合电极的电化学性能的显著改善归因于TiO2纳米晶与大比表面OMC的协同效应。(2)以L-辅氨酸为表面活性剂,采用水热与后续热处理相结合的方法合成了Cu掺杂的NiO空心微球。该方法产率高、工艺简单,易实现不同Cu含量的掺杂。通过不同煅烧温度的热处理,实现了对Cu3%oNiO微球介孔尺寸的控制；不同Cu掺杂量的控制合成,优化了电极材料CuxNiO界面阻抗值,改善了后续充放电循环稳定性。Cu3%NiO电极材料循环100圈后,传输的可逆比容量分别是纯NiO和Cu5%NiO样品的2.98和2倍,保持在550mAhg -1,库伦效率为97.1%。介孔分级结构的Cu3%NiO优异电化学性能归因于适量的Cu离子掺杂进入NiO晶格,改善了电极材料与电解液界面间的电荷传输动力,增加了电极材料的比表面积和参与电化学反应的活性位点。同时,三角介孔纳米片组装形成的空心结构缓解了电极材料氧化还原反应过程中的体积膨胀及体积变化带来的应力,缩短了锂离子扩散和电子传输的路径,显著改善了CuxNiO电极材料的电化学性能。(3)采用共沉淀配合热处理的方法合成了Mn掺杂的NiCo2O4六方多孔纳米片层结构。适量金属离子的掺杂提高了电极材料的电子传导率和结构的稳定性。在电流密度为0.5A g-1条件下,5%Mn-NiCo2O4纳米片电极材料循环至80周次时,循环比容量表现最优异,保持有1428 mA h g-1的容量。当测试电流密度增加到2和5Ag-1时,仍可保有1220和987 mA h g-1的比容量。通过非原位的XRD、TEM和SAED测试,研究了5%Mn-NiCo2O4电极材料嵌/脱锂电化学反应机制与形貌结构变化。研究结果表明,电极材料经历首次放电后,互相联通的多孔网状结构增大了原位还原产生的CoO和Ni、Co颗粒与Li20的接触面积,促进了Li20的可逆反应。此外,NiCo2O4纳米片间的片层堆积排列方式和金属Mn离子的掺杂,有效的缓解了转换反应引起的体积变化并阻碍了电极材料氧化还原反应产生的金属和金属氧化物颗粒的团聚。(4)通过溶剂热、溶液浸渍和热处理煅烧的方式控制合成了多孔的C@ZnMn2O4/C复合球。为了缓解金属氧化物电极材料在充放电过程中的体积变化和改善倍率性能,分别在多孔的ZnMn2O4内部和表面进行碳的修饰,极大提高了电极材料ZnMn2O4的电子传导率和离子的扩散速率。内部碳网和表面碳层把ZnMn2O4颗粒连接成一个整体,增强了电极材料的结构稳定性。复合球体C@ZnMn2O4/C内部的碳网对整个材料起到支架作用,提升了电极材料在充放电过程中的机械缓冲能力,避免了电极材料结构的坍塌和ZnMn2O4颗粒的团聚。此外,表面碳层中氮原子的原位掺杂增强了电极材料的电荷传输和倍率能力。独特的多孔复合电极C@ZnMn2O4/C纳米结构设计,其作为锂离子电池负极材料,表现出优异的循环比容量和倍率能力。在0.5 Ag-1的电流密度下,150个循环后比容量高达1225 mA hg-1;即使在5A g-1的电流密度下,比容量仍能达到621 mA hg-1。