锂离子二次电池是很有前景的一种电源，而负极材料是制约其整体性能的关键因素之一。最早商品化的锂离子电池所采用的负极材料几乎都是碳/石墨材料，但由于碳/石墨材料第一次充放电时，会在其表面形成钝化膜，造成容量损失，而且碳的电极电位与锂的电位很接近，当电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出，形成枝晶而引发安全问题和容量降低，因而需要研究开发新型高能锂离子电池负极材料。将纳米材料用作锂离子电池的电极材料已经成为当前一个重要的研究课题。近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米合金材料及其复合物在锂离子电池中的应用成为引人注目的研究热点并取得了较大进展，有望成为取代碳类的新一代高性能负极材料。锂离子电池纳米材料与非纳米材料相比，具有许多独特的物理和化学性质，如比表面积大、锂离子脱嵌的深度小、离子扩散路径短、大电流充放电时电极极化程度小、可逆容量高、循环寿命长等。因此，纳米材料用于锂离子电池可以显著提高电池的比容量和倍率充放电性能，是新一代锂离子电池发展的重要方向。但是，纳米材料应用于锂离子电池负极存在的一个关键问题是在充放电过程中纳米颗粒间的团聚，导致容量衰减快，循环性能差。本文对新型纳米结构负极材料进行了研究，提出提高锂离子电池纳米负极材料电化学性能的新途径，并阐明纳米结构负极材料增强电化学性能的机理，为纳米结构材料在锂离子电池电极应用提供了理论和技术支持。主要研究内容如下： ⑴以SnCl4·5H2O和H3PO4（85％）为主要原料，采用溶剂热法制备具有特殊形貌弹簧状超结构Sn（HPO4）2·H2O纳米盘，并分别通过XRD、TGA、IR、SEM、TEM和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征，并探讨了合成条件（温度、时间等）对材料的晶型和形貌的影响。结果表明：溶剂热反应温度为180℃、反应时间为24 h，H3PO4的量为0.3 mL时所制备得到的Sn（HPO4）2·H2O样品是由弹簧状超结构纳米盘组成的。弹簧状超结构的长度为0.5～5.0μm。每个弹簧状超结构都是由直径为400～800 nm的纳米盘组成。电化学性能研究表明弹簧状超结构Sn（HPO4）2·H2O纳米盘初始充电容量是237 mAh/g，但是循环性能不好，循环50次后可逆比容量仅有109 mAh/g。 ⑵以CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、MnCl2·6H2O和葡萄糖为主要原料，采用溶剂热法制备过渡金属氧化物（CoO、NiO、MnO）/碳杂化微米球，分别通过XRD、TGA、XPS、SEM、TEM和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征，并探讨了反应体系pH值对产物形貌的影响以及热处理温度对材料晶型和电化学性能的影响。结果表明：反应体系为酸性时得到样品形貌为球形，碱性时得到纳米颗粒。溶剂热反应温度在180℃、反应时间为24 h和反应体系为酸性时所制备得到的过渡金属氧化物（CoO、NiO、MnO）/碳杂化微米球的表面非常光滑，直径大小约为2.2μm。经过800℃热处理后球的直径大小没有发生变化，但是球的表面变得粗糙。XRD结果显示溶剂热反应制备得到的产物是无定形的，但是随着热处理温度的升高，产物由无定形转化为结晶。当在氮气氛下经过800℃热处理后晶型转化为立方体型结构。电化学性能研究表明经过高温热处理后样品的初始充电容量和循环性能都好于溶剂热反应制备得到的前躯体。800℃热处理后的CoO/C杂化微米球的初始充电容量达到837 mAh/g，而且循环20周后容量仍然高达544 mAk/g。800℃热处理后的NiO/C杂化微米球的初始充电容量为858 mAh/g，循环20次后可逆比容量为387 mAk/g。800℃热处理后的MnO/C杂化微米球的初始充电容量为460 mAh/g，循环20次后可逆比容量为357 mAh/g。结果表明过渡金属氧化物（CoO、NiO、MnO）/碳杂化微米球是一种较好的锂离子电池负极材料。 ⑶以SnCl2·2H2O和蔗糖为主要原料，首先采用溶剂热法制备SnO2/碳杂化微米球，然后将该杂化微米球经过600℃氮气气氛下热处理后生成核-壳结构SnO2@C球。分别通过XRD、EDS、TGA、XPS、SEM、TEM和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征，并探讨了热处理温度对材料晶型和电化学性能的影响及该材料的生长机理。XRD结果显示溶剂热反应制备得到的产物是无定形的，当在氮气氛下经过600℃热处理后晶型转化为四角形SnO2。TEM结果显示溶剂热反应制备得到的前驱体形貌是微米球，经过600℃热处理后形成核-壳结构SnO2@C微球。电化学性能研究表明核-壳结构SnO2@C微球初始放电容量为667 mAh/g，经过18次循环后就达到了一个比较稳定的可逆比容量为为370 mAh/g，表现出较好的电化学性能。 ⑷以TiCl4为主要原料，采用低温制备方法通过TiCl4在乙醇中醇解和部分水解制备得到金红石相分等级孔TiO2纳米棒微球，并分别通过XRD、SEM、TEM、氮气吸脱附和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征。XRD结果表明所制备样品是纯相的金红石相TiO2。SEM和TEM结果显示所制备样品是由纳米棒组成的直径大小为200到600 nm的微球。利用BET法计算得到所制备样品的比表面积是166.8㎡/g。电化学性能研究表明金红石相分等级TiO2纳米棒微球表现出比TiO2纳米颗粒更高的可逆比容量、循环稳定性和倍率充放电性能。金红石相分等级TiO2纳米棒微球的初始充电容量为246 mAh/g，经过30次循环后的可逆比容量扔为193 mAh/g。把TiO2纳米棒微球负极材料进行倍率充放电性能测试，结果表明在放电倍率为1C时充电容量仍可达到140 mAh/g，表现出很好的倍率充放电性能。 ⑸以TTIP、P123和H3PO4（85％）为主要原料，采用表面活性剂模板法制备磷酸化TiO2介孔材料，分别通过XRD、EDAX、TEM、氮气吸脱附和充放电性能测试等表征手段对该材料进行成分、结构、形貌和电化学性能表征，并探讨了煅烧温度对材料晶型、形貌和电化学性能的影响。XRD结果显示采用表面活性剂模板法制备得到的产物是无定形的，当在马弗炉经过高温煅烧后转化为锐钛矿型TiO2。TEM结果显示磷酸化TiO2介孔材料的颗粒大小随着煅烧温度的升高而增大。电化学性能研究表明磷酸化TiO2介孔材料表现出比没有磷酸化TiO2介孔材料更高的初始充电容量、循环稳定性和倍率充放电性能。而且经过400℃煅烧后的磷酸化TiO2介孔材料表现出最好的电化学性能，初始充电容量达到249 mAh/g，明显高于未磷酸化TiO2介孔材料（204 mAh/g）。经过40次循环后，磷酸化TiO2介孔材料的充电容量仍为208 mAh/g，而未磷酸化TiO2介孔材料只有127 mAh/g。把经过400℃煅烧后的磷酸化TiO2介孔材料进行大倍率充放电性能测试，结果表明在放电倍率为6C时充电容量仍可达到104 mAh/g，表现出很好的大倍率充放电性能。