锂离子电池因具有比容量高、能量密度高、完全无记忆效应、循环使用寿命较长、充电/放电速度快、安全性高、工作电压高、自放电率低、清洁等优点,被广泛应用于便携式电子设备如智能手机、数码手机,高端电子设备笔记本电脑,运输工具如混合动力汽车、纯电动汽车、航空航天等各种领域。负极材料是影响锂离子电池性能的关键材料之一。Co₃O₄作为锂离子电池负极材料,可以提供890mAh·g^-1的高理论容量而被广泛研究。然而,Co₃O₄材料电导率低,结构稳定性差,制约着Co₃O₄电极材料的发展,并且使之具有包括快速的容量衰减,差的容量保持率,和充放电循环过程中巨大的体积变化所引起的结构坍塌等缺点。为了缓解或消除上述问题,本论文制备了特殊形貌的Co₃O₄、三明治状Co₃O₄@石墨烯纳米复合材料、CoO/Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料等用于锂离子电池负极材料,研究其电化学性能以及储锂机制。主要的研究内容与实验结果如下:1)采用水热法制备了不同形貌的Co₃O₄。首先水热合成前驱体Co（OH）₂,然后在不同温度下煅烧得到不同形貌的纳米Co₃O₄。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）测试材料的组成与形貌,并进行电化学性能测试,结果表明:700℃下烧结的试样表面光滑颗粒更加清晰,在0.1C(1C=890mAh·g^-1)电流密度下充放电测试,首次放电和充电容量分别为1073mAh·g^-1和825mAh·g^-1,首次库伦效率达76.9%,在循环50次之后放电容量仍有547.4mAh·g^-1,对应于65%的容量保持率。700℃下烧结的Co₃O₄倍率性能优良,经过高倍率的测试后,当电流密度恢复到0.1C,放电容量为814.22mAh·g^-1,库伦效率约为100%。2)采用水热法和随后的煅烧处理合成三明治状Co₃O₄@石墨烯纳米复合材料。使用XRD和SEM来表征材料的晶体结构和形态,并进行电化学性能测试。结果表明,约150nm的Co₃O₄颗粒分散在石墨烯片层之间。石墨烯不仅提高了Co₃O₄纳米粒子的导电性,而且提高了Co₃O₄纳米粒子的结构稳定性。值得注意的是,作为锂离子电池（LIB）的负极材料,与纯Co₃O₄相比,Co₃O₄@石墨烯纳米复合材料表现出优异的电化学性能,包括优异的倍率能力和较长的循环寿命。在50个循环后容量保持率为71%,Co₃O₄@石墨烯纳米复合材料的比容量也可以在0.5C的电流密度(1C=890mAh·g^-1)下维持639.8mAh·g^-1。在电流密度为2C时,其电化学性能也优异,放电容量为676.5mAh·g^-1。这些结果表明,三明治状Co₃O₄@石墨烯纳米复合材料是锂离子电池中良好的负极材料。3)采用水热法和随后的煅烧处理合成了CoO/Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料。因为石墨烯具有高的表面积,其被用作合适的载体以负载CoO/Co₃O₄纳米颗粒。然后,测试CoO/Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料作为锂离子电池（LIBs）的负极材料的电化学性能。结果表明CoO/Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料显示高容量,提供1093.4/825.3mAh·g^-1的初始放电/充电容量,初始库仑效率为75.5%。纳米复合材料电极显示出优异的倍率性能和循环性能,以及在0.5C(1C=890mAh·g^-1)的放电/充电电流密度下70次循环后保持695.4mAh·g^-1的高可逆容量。优异的电化学性能归因于CoO纳米颗粒和石墨烯。相比之下,纯Co₃O₄在70个循环后仅可以维持339.7mAh·g^-1的可逆容量。这些结果表明CoO/Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料是LIBs优异的负极材料。