锂离子电池以其容量大、寿命长等优点，已经成为便携式电子设备主要的电源选择。为了进一步满足人们对更高性能的锂离子电池的需求，寻找具有更优异电化学特性的替代电极材料是一个有效的解决方案。四氧化三钴是一种极具潜力的锂离子负极材料，其理论容量高达890mAh/g。此外，人们还发现具有纳米结构的电极材料与传统块体电极材料相比，能够表现出更优异的储锂性能。本论文中，通过化学方法合成了四氧化三钴纳米材料，并对其电化学性能进行了研究。通过水热热解法的合成思路成功在铜片上生长了多孔的四氧化三钴样品。该四氧化三钴样品的形貌呈中心对称的六脚形结构。对六脚形四氧化三钴样品进行恒流充放电测试，在100mA/g电流密度下，循环30次之后容量达到900mAh/g。这要归结于样品独特的纳米结构和与铜片的良好接触。对六脚形四氧化三钴进行碳包覆处理之后，在相同测试条件下，循环30次后样品的容量达到1200mAh/g，且倍率特性也相比碳包覆之前有所提高。实验结果表明，碳包覆可以提高电极材料的导电性，有利于锂离子的嵌入脱出。按照相同的合成思路成功在碳布上生长了四氧化三钴阵列结构。该阵列由许多紧密连结在碳纤维上的梳状分支组成，并具有极好的柔性。对四氧化三钴阵列进行恒流充放电测试，100mA/g电流密度下，循环40次之后容量达到819mAh/g。在不同电流密度下进行倍率性能测试，当以800mA/g的电流放电时，容量仍有421.6mAh/g。四氧化三钴阵列表现出的高容量、稳定的循环性和优异的倍率特性要得益于其独特的形貌和多级结构以及碳布良好的导电性。