锂离子电池具有其它二次电池不可比拟的优势，已经成为支撑新能源发展的重要技术之一，而锂离子电池电极材料的研究是目前锂离子电池研究的重点之一。由于商业化石墨类负极材料的理论比容量仅为372 mAh·g-1，越来越不能满足人们对便携式能源存储装置的要求。在过去的十年里，新型锂离子电池电极材料的开发取得了令人振奋的进展。钴基氧化物(Co3O4、 ZnCo2O4)作为锂离子电池负极材料，因具有较高的理论比容量（分别为890和970 mAh·g-1）得到了广泛研究，然而，钴基氧化物负极材料也存在电子电导率比较低、循环性能比较差的问题。本论文主要从材料纳米化和构建微纳三维结构两个方面进行研究改进来提高材料储锂性能，并探讨材料的微纳结构、形貌与储锂性能之间的相互关系。主要研究内容包括：　　⑴三维实心绒球状Co3O4的制备及电化学性能测试:采用水热合成法，通过调节反应物浓度、反应温度和反应时间来调控所得Co3O4的形貌，从所得不同形貌Co3O4材料中选出零维纳米颗粒状、一维纳米棒状和三维实心绒球状Co3O4来进行材料表征和锂离子电池电化学性能测试比较。研究结果表明，三维实心绒球状Co3O4具有最优电化学性能，在50 mA/g充放电30次后比容量仍能保持为970 mAh·g-1。三维实心绒球状Co3O4电化学性能明显优于纳米棒状和纳米颗粒状Co3O4，通过对其成核机理的初步探索发现，其独特的纳微超结构可以缩短Li+嵌入/脱出的传输距离，同时，独特的三维结构能够保证充放电过程中材料的稳定性，从而使其具备较高的比容量、较好的锂离子电池循环和倍率性能。　　⑵纳米菱形阵列状ZnCo2O4/铜网和纳米针形阵列状ZnCo2O4/铜网电极的制备及其电化学性能测试:采用水热合成法，通过对水热反应前铜网集流体酸预处理，对铜网表面进行刻蚀，使得铜网表面具有独特的形貌结构，从而调控水热反应后材料的形貌。分别制备了纳米菱形阵列状ZnCo2O4/铜网电极和纳米针形阵列状ZnCo2O4/铜网电极。研究发现，纳米菱形阵列和纳米针形阵列材料存在一定的关系。通过对水热反应时间的控制，材料首先形成纳米菱形阵列结构，随着水热环境的变化，导致晶体特定晶面的生长，逐渐生长为针形纳米阵列结构。对两者进行锂离子电池电化学性能测试发现，针形纳米阵列状ZnCo2O4和菱形纳米阵列状ZnCo2O4均具有优异的电化学性能，通过对实验制备的两种形貌ZnCo2O4纳米阵列的物理结构和电化学性能的深入分析，其优异的性能归因于：材料紧密的附着于铜网集流体表面，形成了快速的电子传导通道，因此，铜网上的ZnCo2O4纳米阵列具备优异的电子传导性；ZnCo2O4纳米阵列之间的空隙及其独特的纳米结构增大了电解质和活性物质的接触面积，这种结构非常有利于电解质的扩散且能缓解锂嵌入/脱嵌过程中的体积变化；三维纳米阵列结构可以缩短锂离子的扩散路径来能提高其倍率性能。研究发现，针形纳米阵列ZnCo2O4材料电化学性能优于菱形米阵列，在500mA/g充放电100次循环后比容量仍能保持为913mAh·g-1，并且针形纳米阵列材料的倍率性能优于菱形纳米阵列。究其原因，针形纳米阵列状ZnCo2O4材料是由菱形纳米阵列状ZnCo2O4发展而形成的纳米树结构，在保持菱形纳米阵列稳定结构的同时，比菱形ZnCo2O4具有更小尺寸的ZnCo2O4纳米线，从而减小锂离子在充放电过程中的传输距离，使其具有优异的储锂性能。