近年来,随着电动汽车和大功率电器设备的商品化开发,消费者对高性能锂离子电池的需求日益增长。金属氧化物具有高的理论比容量,安全的窗口电压和环境友好等特点,已成为具有广阔应用前景的锂离子电池负极材料。然而,金属氧化物负极材料存在导电性差,循环过程中容量衰减快、体积变化大等缺点。本文以金属氧化物为研究对象,以提高金属氧化物电极材料的循环稳定性为出发点,首先制备出具有空心球结构的金属氧化物来提高电极材料结构的稳定性,其次构建出空心结构/石墨烯复合材料来提高电极材料的导电性和结构稳定性,最后通过设计金属氧化物纳米粒子/石墨烯复合材料的界面结构来缓解充放电过程中电极材料内部机械裂纹的产生,以维持电极材料结构的完整性。主要工作如下:（1）采用一种简单通用的软模板法制备Ni-Co氧化物空心球结构。制备的Ni-Co空心球结构具有大的比表面积、薄的壳体和独特的孔隙亚结构。Ni和Co的协同效应在提高材料导电性的同时,也通过“空间限域”作用缓解充放电过程中电极材料的体积变化。结果表明,Ni-Co氧化物空心球作为锂离子电池负极材料,表现出高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能,在电流密度为300 m A g^-1时循环140次后比容量仍保持在730 m A h g^-1。另外,我们还对Ni-Co空心球的形成机理进行研究。（2）采用固相反应、水热和冷冻干燥的组合方法制备Zn₂Ge O₄/石墨烯复合材料。水热法制备的Zn₂Ge O₄为空心棱柱纳米结构（直径约为150 nm）,通过冷冻干燥法实现Zn₂Ge O₄纳米粒子在石墨烯表面上高负载。这种拥有空心纳米结构和石墨烯片层的复合材料在循环过程中具有“双重”保护特性,可有效缓解锂离子嵌入/脱嵌过程中电极材料的体积变化。在电流密度为300 m A g^-1时循环600次后比容量高达702 m A h g^-1,在电流密度为800 m A g^-1时循环1000次后比容量稳定在600 m A h g^-1,展现出高的比容量和优异的循环稳定性。结果表明,合成含有多个功能单元的三维纳米复合材料有益于发挥各个组元的协同效应,提升材料整体的电化学性能。（3）采用高能球磨和冷冻干燥的组合方法制备石墨烯卷包覆T-Nb₂O₅纳米颗粒的复合材料（记作T-Nb₂O₅/G）。首先利用高能球磨制备具有软团聚效应的T-Nb₂O₅纳米颗粒,然后利用快速冷却氧化石墨烯和T-Nb₂O₅纳米颗粒的混合热溶液过程中产生的热应力变化实现石墨烯片的卷曲包覆。非原位XRD、SEM和TEM表征证实这种三维“石榴石”型复合结构在锂离子嵌入/脱嵌过程中具有优异的稳定性,这得益于具有软团聚效应的T-Nb₂O₅纳米颗粒可以预防晶粒间机械裂纹的产生,同时,石墨烯卷不仅提高复合材料的导电性,还可以灵活适应充放电过程中的体积变化。因此,T-Nb₂O₅/G电极在电流密度为1 C条件下循环700次之后容量仍高达222 m A h g^-1,在电流密度为10 C时循环1600次后容量保持在163 m A h g^-1,显示出优异的循环稳定性和倍率性能,是一种潜在的高能量密度、高功率密度的锂离子电池负极材料。