将锂离子电池应用于电动汽车是解决能源危机的重要一环。负极是锂离子电池的重要组成部分,然而商业化的石墨基负极的理论能量密度和功率密度较低,很难达到电动汽车长距离续航的要求。过渡金属氧化物和氮化物具有较高的能量密度和功率密度,是替代石墨基负极的最佳选择之一,引起了科学家们极大的兴趣。但是过渡金属氧化物和氮化物作为锂离子电池负极材料在充放电过程中都存在着严峻的体积变化问题,导致容量快速衰减。大量研究表明制备过渡金属氧化物及氮化物纳米颗粒并与碳复合可以解决上述问题并实现优异的电化学性能。不过目前过渡金属氧化物及氮化物纳米颗粒与碳的复合材料的合成方法一般比较复杂,严重限制了它们的发展和应用。因此,设计、开发简单的合成方法,获得过渡金属氧化物及氮化物纳米颗粒与碳的复合材料,并实现优异的电化学性能,对推动锂离子在电动汽车等领域的应用具有重要意义。本论文在深入分析国内外过渡金属氧化物及氮化物纳米颗粒与碳的复合材料的研究现状的基础上,利用无机化学的合成理念,设计了几种简便的方法,获得了几种具有特殊结构的过渡金属氧化物及氮化物纳米颗粒与碳的复合材料,并对其电化学性能进行了研究。所获得的主要研究成果如下:1.利用廉价无毒的NaCl作为模板,通过简单的冷冻干燥和煅烧策略制备了V₂O₃纳米颗粒与氮掺杂的多孔三维碳纳米片骨架复合材料（V₂O₃/PNCNF）。测试结果表明V₂O₃纳米颗粒都长在氮掺杂的多孔三维碳纳米片骨架里,并且两者之间有很强的化学相互作用。V₂O₃/PNCNF作为锂离子电池负极材料时,实现了较高的可逆容量和优异的循环性能和倍率性能。在500 mA g^-1电流密度下循环200圈后给出了436 mA h g^-1的放电容量,即使在2000 mA g^-1电流密度下仍可以释放344 mA h g^-1的放电容量。2.利用高锰酸钾和碳之间的反应,通过简单的搅拌,在低温还原的条件下原位合成了Mn₃O₄纳米颗粒与空心碳纳米纤维的复合材料（HCF/Mn₃O₄）。测试表明较小尺寸的Mn₃O₄纳米颗粒都长在空心碳纳米纤维上,并且两者之间存在着很强的化学相互作用。这些特征显著缓解了充放电过程中的体积变化,加快了电子和锂离子传导速度,改善了MnO到Mn₃O₄的可逆电化学反应。HCF/Mn₃O₄作为锂离子电池负极材料时,表现出了优异的电化学性能。在200 mA g^-1电流密度下循环100圈后给出了835 mA h g^-1的放电容量,在1000 mA g^-1电流密度下循环240圈后给出了652 mA h g^-1的放电容量,即使在2000 mA g^-1电流密度下仍可以释放528 mA h g^-1的放电容量。3.发明了一种水热辅助的快速简单的方法,成功制备了Co_1.8V_1.2O₄纳米颗粒与还原氧化石墨烯的复合材料（CoVO/rGO）。TEM测试表明超小尺寸的Co_1.8V_1.2O₄纳米颗粒（平均粒径为8.4nm）都长在还原氧化石墨烯纳米片上。XPS和XANES测试进一步表明两者之间存在着很强的化学相互作用。这些特征显著提高了电子和锂离子传导速度并有效缓解了充放电过程中的体积变化。CoVO/rGO作为锂离子电池负极材料时,实现了优异的倍率性能和循环性能。在100 mA g^-1电流密度下给出了789 mA h g^-1的放电容量,在2000 mA g^-1电流密度下给出了628 mA h g^-1的放电容量。即使在2000 mA g^-1电流密度下循环300圈后仍可以释放683 mA h g^-1的放电容量。4.通过简单的方法成功制备了一种新颖的Mn_2.1V_0.9O₄纳米颗粒与还原氧化石墨烯的复合材料（MnVO/rGO）。TEM测试表明较小尺寸的Mn_2.1V_0.9O₄纳米颗粒（20-50 nm）都长在还原氧化石墨烯纳米片上。XPS和XANES测试表明两者之间存在着很强的化学相互作用。这些特征显著提高了电子和锂离子传导速度并有效改善了充放电过程中的体积变化。MnVO/rGO作为锂离子电池负极材料时,实现了较高的可逆容量和优异的倍率性能。在100 mA g^-1电流密度下循环80圈后给出了981 mA h g^-1的放电容量。即使在2000 mA g^-1电流密度下仍可以释放748 mA h g^-1的放电容量。5.在非氨气气氛条件下,通过简单的搅拌和煅烧合成了Fe₄N/Fe₂O₃/Fe纳米颗粒与氮掺杂的多孔碳纳米片的复合材料（Fe₄N/Fe₂O₃/Fe/PNCN）。测试表明较小尺寸的Fe₄N/Fe₂O₃/Fe纳米颗粒都长在氮掺杂的多孔碳纳米片里,有效解决了充放电过程中的体积变化问题。Fe₄N/Fe₂O₃/Fe/PNCN作为锂离子电池负极材料时,在100 mA g^-1电流密度下循环100圈后给出了554 mA h g^-1的放电容量,在1000 mA g^-1电流密度下循环300圈后给出了389 mA h g^-1的放电容量,即使在2000 mA g^-1电流密度下仍可以释放330 mA h g^-1的放电容量,表现出了优异的电化学性能。