随着地球上的自然资源逐渐消耗以及化石燃料的过度开发给我们的生态环境带来的巨大的负担,迫使我们去寻找绿色清洁能源。而新兴能源例如太阳能、氢能、风能、核能、潮汐能在地理上的分布不均以及在时间上产生的间歇性等问题使得新兴能源的发展受到了阻碍。目前最为有效的方法是采用储能设备将新兴能源储存起来以便再次利用。锂离子电池由于其开路电压高、循环寿命长、能量密度大、无记忆效应等优势逐渐成为了主要的储能电化学体系,并被广泛使用于便携式电子设备与电动汽车。然而,由于商用锂离子电池负极材料石墨理论比容量较低(372 mAh g^-1)无法满足市场对大型动力电池及储能电池的应用需求。除此之外,由于石墨的锂沉积电位较低（⁰.1V）会导致锂枝晶的生长并且造成安全问题。因此,我们急需开发各种新型的锂离子电池负极材料来解决这些问题。在众多被研究的负极材料中,VA族元素（Sb、Bi等）具有着高理论比容量、高能量密度、在自然界含量丰富、合适的锂沉积电位等优势,当使用作为锂离子电池负极材料时表现出巨大的潜力。但是,在锂离子插入和脱出地过程中,VA族元素负极材料会产生巨大的体积膨胀,导致急速的容量衰减,这些问题也严重限制了VA族元素在锂离子电池负极材料中的应用。近年来,研究人员在提高VA族元素负极材料的电化学性能方向进行了深入的探索,并提出了许多有效的解决办法。本文对近年来锂离子电池负极材料的研究进展进行了系统的综述,并在此基础上对VA族元素负极材料进行了深入研究。通过合理的结构设计,制备了锑@氮掺杂碳纳米棒以及碳纳米管包覆磷酸铋/碳纳米粒子,研究了锂离子电池性能以及储锂机制。借助外部具有高导电性碳材料和内部的中空结构来缓解锂化过程中的体积膨胀,进而解决VA族负极材料作为锂离子电池的主要问题。为VA族元素负极材料在锂离子电池中的实际应用奠定理论基础,具体研究内容及成果如下:（1）锑@氮掺杂碳纳米棒的制备及其储锂性能的研究。以磷酸锑为前驱体,通过阳离子交换反应合成了五氧化二锑纳米棒,结合随后的多巴胺包覆以及煅烧过程合成了锑纳米粒子包裹于氮掺杂碳中形成了Sb@N-CM纳米棒结构。由于高导电性氮掺杂碳的包覆和煅烧过程中形成的内部空间来缓解体积膨胀,显著提升了电化学性能。除此之外,Sb@N-CM纳米棒能够增强结构稳定性、稳定固体电解质层、抑制固体电解质层在每个Sb纳米粒子的表面上形成,从而保证了长期循环的稳定性。更重要的是,通过原位透射电镜首次观察到Sb纳米颗粒脱锂后形成了能够促进活性材料利用的多孔网状结构,而不是像硅一样形成固体纳米颗粒,这种多孔纳米Sb结构与氮掺杂碳基质之间紧密结合在一起,从而明显改善了离子/电子转移动力学。当用作锂离子电池负极材料时,Sb@N-CM纳米棒在100 mA g^-1的电流密度下的可逆容量高达673.4 mAh g^-1,经过500圈循环后容量保持率高达99.7%。（2）碳纳米管包覆磷酸铋@碳纳米粒子的制备及其储锂性能的研究。通过以磷酸铋（BiPO₄）为前驱体,在BiPO₄纳米棒的表面生长了间苯二酚-甲醛树脂（RF）并采用物理吸附的方式在外表面包裹了碳纳米管（CNT）,随后通过选择性刻蚀RF制造空间和煅烧RF层转化为碳层制备了BiPO₄@void@C/CNT纳米粒子。在首圈锂化反应过程中,BiPO₄会在C/CNT内部转化为Bi纳米粒子和Li₃PO₄基质。Li₃PO₄基质不仅能够充当缓冲层在锂离子插入和脱出的过程中维持结构稳定性,还能充当电解质隔绝层避免固体电解质层在每个Bi纳米粒子的表面形成。而且,BiPO₄@void@C表面上相互连接的CNT在充放电过程中提供了高效的电子传输途径,有效的防止了活性物质的聚集和分离。此外,纳米粒子内部的中空结构为Bi/Li₃PO₄纳米棒的膨胀提供了足够的空间。当用作锂离子电池负极材料时,经过倍率测试后,BiPO₄@void@C/CNT纳米粒子在1000 mA g^-1的高电流密度下放电容量仍然达到了³47.0 mAh g^-1,并且容量一直稳定保持至600圈没有明显的容量损失。