随着电子科技的飞速发展,移动设备如手机、笔记本电脑、电子阅读器等便携设备随着功能的丰富耗电量逐渐增加,其对于锂离子电池在比容量,使用寿命和充电速度方面的要求越来越严苛。随着传统化石燃料的日益衰竭,对于新型能源如风能,太阳能的储存显得尤为重要,锂离子电池被视为理想候选者之一。而目前传统的材料钴酸锂和石墨已不能满足现在的需求。因而开发高容量、高倍率、长循环寿命,廉价环保的新型电极材料迫在眉睫。本文以锌基金属氧化物为研究对象,采用纳米化和碳材料杂化等手段合成了一系列具有纳米结构的复合材料,并对其电化学性能进行了研究。具体内容包括以下几个方面：采用醋酸锌和氧化锗为反应物,在水和叔丁胺的混合溶剂中进行水热反应合成锗酸锌,通过调控反应物浓度和溶剂中水和叔丁胺的比例,合成了具有海胆状形貌的锗酸锌纳米材料,构成分级结构的纳米棒直径约为20nm,长度约为500nm,这种一维结构有利于电荷的传输,提高传输效率。且纳米棒之间的空隙可在一定程度上缓解储锂过程中的体积膨胀,提高结构稳定性。电化学表征结果表明其具有较高的比容量和较好的倍率性能。与此同时,还对材料的生长机理进行了研究,研究结果对于合成类似结构的氧化物具有一定的参考价值。采用微波辅助水热法,利用锗酸锌-乙二胺杂化物纳米带作为前驱体,将其均匀分散在氧化石墨烯(GO)悬浮液中,通过微波加热手段在短时间内(15分钟)合成锗酸锌/氮掺杂石墨烯复合物。在反应过程中,微波引发的分子间高频率的振动可以极大地加速化学反应的进行,使得锗酸锌—乙二胺杂化物中的乙二胺分子迅速脱离出本体,与氧化石墨烯进行反应,在将其还原为石墨烯的同时进行氮原子掺杂。在最终产物中,锗酸锌纳米棒被氮掺杂石墨烯紧紧包裹,电化学测试结果表明,相比在同样反应条件下合成的无石墨烯包覆的锗酸锌纳米棒,其性能得到了显著的提升。Zn2GeO4/氮掺杂石墨烯复合材料在100mAg-1的电流密度下进行放—充电循环100次仍可保持1044mAhg-1的可逆比容量。即使在电流密度高达3.2Ag-1的条件下,其比容量也远高于传统石墨材料,达到531mAh g-1。开发了一种廉价环保的方法,在室温下利用离子交换反应成功制备了具有三明治结构的锗酸锌/氧化石墨烯复合材料。合成的复合材料中,锗酸锌纳米棒均匀地嵌入在氧化石墨烯层间,其在储锂过程中产生的体积膨胀可以得到很好的缓冲。得益于结构的保持,复合物在首次放电过程中产生的Li20可以在随后的充电过程中部分可逆转化为锂离子和金属氧化物,通过计算,Li20的可逆程度可达64%,比容量得到极大提升。得到的复合材料无论在容量、循环寿命还是倍率性能方面都表现出优异的性能。此外,锗酸锌纳米棒的嵌入避免了氧化石墨烯层间的堆叠,提高了氧化石墨烯的利用率,有效降低了复合物中的碳含量,从而提升了材料的体积能量密度,为将来大规模应用提供可能。利用空心八面体结构的金属有机框架材料作为前驱体,在氮气气氛下进行热处理得到了介孔结构的氧化锌/铁酸锌/碳的空心八面体。归功于金属有机框架的特殊结构,其在热处理过程中,有机配体碳化后可均匀的包覆在由金属元素形成的氧化物纳米颗粒表面。金属氧化物颗粒由于受到碳层的限制,颗粒尺寸仅为5nm左右,形成的八面体结构壁厚仅为10nm左右,孔径大小为7.5nm。将其作为锂离子电池负极材料表现出极为优异的性能,在500mA g-1的电流密度下,首次循环过程中可逆比容量高达1047mAh g-1,库仑效率达到75.6%,较其他类似氧化物有所提升,且100次循环之后比容量增至1390mAh g-1,即使在电流密度增加至1OAg-1的情况下,可逆比容量仍高达762mAh g-1。如此出色的性能要归功于其特殊的结构,小尺寸的氧化物纳米颗粒加上均匀的碳包覆层可以有效缓解充放电过程中的体积膨胀,多孔空心结构有利于电解液的浸润,增加电解液与颗粒之间的接触面,提高电化学反应动力学,极薄的壁厚可以有效缩短锂离子的传输路径,提高材料的倍率性能。