为了适应社会进步所带来的日益增长的能源需求,开发具有高能量密度,高功率密度,高循环寿命和高安全稳定性的新型能量存储器件成为当前研究的主要趋势。目前较为成熟的能量存储系统普遍存在着能量密度低,功率特性差,充电速度慢和安全稳定性差等诸多缺陷。为了解决这些难题,我们需要从电极材料入手,尤其是研发新型高性能负极材料并应用到能量存储器件中去,用以满足人们的迫切的能源需求。本文的研究重点是具有高能量密度,高功率密度,高循环稳定性和高安全性的新型电化学能量存储器件的负极材料的研究。本文着重研究了水系锌基电极材料和水系碳基电极材料的可控合成以及相应的电化学分析。在水系锌基电极材料的研究过程中,秉承着促进锌电极在充放电过程中均一沉积的原则,提高其相应的电化学性能;在水系碳基电极材料的研究中,通过三维结构化和表面掺杂等方式,改善其电化学表现。在高性能锌基材料方面,本文主要研究了氧化锌/石墨烯复合物,Zn-Al-CO₃水滑石,Zn-Al-F水滑石以及类花状结构Zn-Al-CO₃水滑石。在高性能碳基材料方面,本文主要研究了富氮空心碳球。本文主要研究成果如下:（1）片状纳米氧化锌/石墨烯（ZnO/GN）的复合物的可控合成以及电化学特性研究。制备了片状纳米ZnO在石墨烯表面原位生长的ZnO/GN材料,并通过调控第一步反应时间的长短研究了垂直原位生长机理。研究了由于氧化锌原位生长所导致的石墨烯复合材料析氢电位的提升原理,并通过负极材料的非原位扫描电镜图验证了锌负极材料极佳的工作稳固性。基于该ZnO/GN材料作为负极材料的柔性准固态能量存储器在以1 A/g的电流密度循环400轮之后,仍然具有初始容量86.69%的极高的容量剩余。该器件在基于活性材料总质量的1 A/g电流密度的条件下最高能量密度526.19 Wh/kg,并且在达到最大功率密度85.69 kW/kg时仍然具有377.03 Wh/kg的能量密度。（2）Zn-Al-CO₃水滑石纳米结构材料的可控合成以及电化学性能研究。制备了Zn-Al-CO₃水滑石纳米片材料,并研究了该材料的合成机理。通过研究不同锌铝比例的材料的微观形貌和电化学特性区别,优化了材料的电化学性能。所合成的采用最佳锌铝比例的Zn-Al-CO₃水滑石材料在电流密度为1 A/g时,该材料获得了最高的放电容量303.5 mAh/g,并且在当电流密度增加到30 A/g时,所组装的器件仍然具有1 A/g电流密度时的容量的81.9%。（3）在制备的Zn-Al-CO₃水滑石材料的基础上,通过自组装-离子交换法,制备了氟离子插层的Zn-Al-F水滑石材料并研究其作为能量存储器件负极材料的电化学特性。Zn-Al-F水滑石材料,具有结晶度高、含有的杂质少、尺寸分布更加均匀等多种优点,有利于充放电过程中电化学性能的保持。基于Zn-Al-F水滑石的能量存储器件在600轮循环测试中,具有很缓慢的容量衰减和良好的稳定循环特性;同时,在1 A/g的电流密度下,获得了最高的比容量383.08 mAh/g,并且在100A/g的电流密度下,仍然能够保持1 A/g电流密度时的比容量的72.03%。（4）在制备的Zn-Al-CO₃水滑石材料的基础上,通过一步自组装水热法,制备了三维类花状结构的Zn-Al-CO₃水滑石材料并研究其作为能量存储器件负极材料的电化学特性。研究了不同PSS浓度对类花状结构Zn-Al-CO₃水滑石的微观形貌和电化学特性的影响,优化了材料的电化学特性。类花状结构Zn-Al-CO₃水滑石在电流密度为1 A/g时获得了最高的放电容量310.55 mAh/g,当电流密度增加到50A/g时,所组装的器件仍然具有1 A/g电流密度时的容量的75.8%。该材料能够在200轮循环中都保持着较高的比容量和较强的循环稳定特性。5)富氮空心碳球材料可控合成以及电化学性能研究。采用多步法制备工艺,经过包覆-富氮-碳化-除模板的工艺流程,成功可控制备富氮的空心碳球材料。研究了对碳材料的表面杂原子掺杂和结构骨架改性。研究了材料合成过程中不同的煅烧温度对最终产物的形貌结构和电化学性能影响,优化了材料的电化学性能。最优条件制备的材料能够在2000次循环期间,材料的比容量保持恒定不变,容量剩余接近100%。此外,在电流密度为1 A/g时,该材料获得了最高的放电容量285 F/g;并且当电流密度增加到20 A/g时,该材料仍然具有1 A/g电流密度时的容量的77.2%。