可充电锂离子电池（LIBs）被认为是最有前景的储能系统应用之一。锂离子电池由于其重量轻、能量密度高和良好的表现特征,越来越多科学资源投入在这个领域。锂离子负极材料是电池结构中不可或缺的一部分,尽管锂离子电池负极材料种类繁多且复杂,但是负极材料的选择对锂离子电池的性能至关重要。目前商业锂电池负极材料大都是石墨,其理论容量只有372 mAh/g,使锂离子电池的发展受到限制。许多研究者努力开发新的电极材料,以满足不断增长的电池循环寿命和更高的能量密度的需求。四氧化三钴（Co₃O₄）是一种具有高氧化还原电容、优异的物理性质、高的化学纯度和大的粒度分布的过渡金属氧化物,可以广泛应用于LIBs。另外,四氧化三钴具有显著的优势,几乎拥有过渡金属氧化物应用于LIBs中最高的理论可逆容量,并且每个单元可以存储8个锂原子。但是过渡金属氧化物在充放电过程中易发生体积膨胀从而崩塌导致容量的不断衰减。因此,合成纳米尺寸四氧化三钴或者四氧化三钴复合材料来制备锂电池负极材料越来越受到人们的关注。本论文的相关工作主要围绕制备纳米级四氧化三钴/碳的复合材料应用于锂离子电池负极材料。具体的研究内容主要包括以下三个工作:1.基于MOF-5的具有立方体结构的Co₃O₄@porous carbon纳米复合材料的制备及锂离子电池负极应用。通过高温煅烧MOF-5得到一种立方多级多孔碳（MDPC）,我们将纳米尺寸的四氧化三钴负载在这种多孔碳的表面与内部孔洞中,得到Co₃O₄ NPs@MDPC纳米复合材料。在充放电过程中,众多的介孔微孔缩短了锂离子传输路径,多孔碳基底有效地防止四氧化三钴颗粒的团聚。当Co₃O₄NPs@MDPC纳米复合材料应用于锂电负极时,在大电流密度2 A g^-1下呈现出587.2 mAh g^-1的卓越的容量,明显优于其它的Co₃O₄ NPs@PC材料。因此Co₃O₄NPs@MDPC材料在高的电流密度下具有的高的容量和优异的倍率性能使它成为了一种有前景的锂离子电池负极材料。2.基于立方ZIF-67的空心Co-Co₃O₄@CNT纳米复合材料的合成及锂离子电池负极应用。利用ZIF-67立方体在还原气体气氛下煅烧原位生长碳纳米管生成Co@CNT,再通过空气下煅烧将Co部分氧化成空心Co₃O₄小球构建Co-Co₃O₄@CNT立方体结构。在电流密度为0.2 A g^-1下充放电200圈后,可逆容量仍然维持在806.7 mAh g^-1。优异的循环稳定性与锂储存容量可能由于空心结构的构建与碳纳米管的包裹缓解Co₃O₄的体积膨胀与收缩,同时增大的比表面积能够有效提高锂离子的存储容量。因此,这种空心Co-Co₃O₄@CNT纳米复合材料在锂电池方面存在潜在的应用价值。3.基于三聚氰胺泡沫制备的CF@Co-Co₃O₄/CNT复合材料及其锂离子电池负极应用。我们采用易获取、低成本的三聚氰胺泡沫在硝酸钴中预先浸泡后再在氮气氛围下煅烧得到的碳纳米管包裹的负载金属钴的三维大孔碳框架作为基底,再将金属钴部分氧化成四氧化三钴纳米颗粒,制备CF@Co-Co₃O₄/CNT复合材料。其中,金属钴、碳纳米管的包裹以及三聚氰胺泡沫自身的三维碳框架保证了材料优异的导电性。此外,四氧化三钴纳米颗粒的存在有效地提高了材料的储锂容量。同时,碳纳米管包裹的三维碳框架也能够在一定程度上缓解四氧化三钴的体积形变。在应用于锂离子电池负极材料时,在0.5 A g^-1电流密度下,该材料能够呈现出500 mAh g^-1左右的可逆容量,远远高于石墨的理论容量。合成方法简单易行,有利于进行大规模生产。