随着人们环保意识的逐渐增强，环境友好型电动汽车已经成为汽车未来的发展方向。锂离子电池最有可能成为电动汽车的动力电源。然而，商业化的锂离子电池的能量密度和功率密度不能满足要求。解决这一问题的有效办法是寻找高容量、高功率密度的电极材料代替商业化的电极材料。随着研究的不断深入，基于转换反应的电极材料逐渐引起人们关注。这类电极材料可实现多电子转移，提供更高的容量和能量密度。基于转换反应的电极材料种类很多，例如金属氟化物、氧化物、氮化物及硫化物等。然而，这类电极材料在充放电过程中都存在体积膨胀和导电性差等问题，导致电化学性能较差，阻碍进一步应用。将材料纳米化并与导电材料复合是解决这些问题比较有效的方法。基于以上研究思路，我们设计合成特殊结构的纳米材料，并研究它们的储锂机制。首先我们设计合成了三维有序大孔（3DOM）结构的FeF3，并在表面原位包覆一层导电聚合物。这种特殊结构的复合材料可以提供双连续的锂离子和电子的传输通道，并且缓解材料因体积膨胀导致的性能衰减。实验结果表明，我们设计合成的3DOM结构的FeF3作为锂离子电池正极材料电化学性能有很大提高。当放电电压截止在2.0V时，该材料的可逆容量可达210mAh g-1，并且在1Ag-1的电流密度下，仍有120mAhg-1的可逆容量，表现出良好的倍率性能。基于以上实验结果，我们又设计合成了三维大孔石墨烯与Fe3O4的复合材料。实验结果表明，这种结构的复合材料也可以有效解决Fe3O4负极材料存在的问题。该材料作为锂离子电池负极材料展现出优异的循环和倍率性能。在4Ag-1的电流密度下，循环470圈后还可以保持980mAh g-1的可逆容量。并且在20Ag-1的电流密度下，仍然有293mAh g-1的放电容量，展现了良好的倍率性能，为Fe3O4负极材料的研究提供新的思路。虽然Fe3O4负极材料的比容量很高，但是充放电电位较高，过电势也较大，这些缺点不利于全电池性能提高。相比之下GeO2比容量高（>1000mAh g-1），充放电电位低（<1.5V），是一种比较有应用前景的锂离子电池负极材料。通过简单有效的冷冻干燥法，我们制备合成了超薄的GeO2-RGO（还原氧化石墨烯）片状复合材料。利用这种特殊的二维结构和RGO的导电性，有效解决了电极材料在充放电过程中体积膨胀和导电性差的问题。在0.5Ag-1的电流密度下，首次充放电可逆容量可达950mAhg-1，经过100次循环后，可逆容量仍有750mAh g-1，表现出良好的循环性能。在1、1.5和2A g-1的电流密度下，可逆容量分别为500、450和250mAh g-1，表现出较好的倍率性能。随着锂离子电池的应用越来越广泛，必须考虑的一个问题是一旦锂离子电池大规模使用锂资源是否能满足需求。因为地球上锂的储量并不丰富，并且分布也不均匀。基于以上考虑，人们逐渐把目光转向钠离子电池。钠离子与锂离子化学性质相似，因此钠离子电池很有可能替代锂离子电池成为未来电池发展的方向。FeF3同样是一种有应用前景的钠离子电池正极材料，但是它导电性很差，限制了电化学性能的发挥。针对以上问题，我们设计合成了FeF3-Fe-RGO（还原氧化石墨烯）复合材料作为钠离子电池正极。Fe作为导电剂在电化学反应过程中在FeF3周围原位生成，使得FeF3均匀的分布在Fe的导电基底中。RGO作为二维导电基底进一步提高电极材料的导电性。测试结果表明我们设计合成的FeF3-Fe-RGO作为钠离子电池正极表现出优异的电化学性能。在50mA g-1的电流密度下，可逆容量可达150mAh g-1，并且循环性能和倍率性能都十分突出。