锂离子电池由于具有比能量密度高、性价比好、自放电率低和环境污染小等特点，其应用已从便携式电子产品扩展到电动汽车和储能等新兴领域，并且这些领域对锂离子电池能量密度和功率密度的需求日益增加。然而，现有商业化锂离子电池普遍使用的石墨负极理论容量有限，一定程度上限制了电池比能量密度的进一步提高。因此，业界迫切需要开发高比能量和长寿命的新型负极材料。　　一些过渡金属氧化物具有理论能量密度高、来源丰富、易于制备等优点，是一类替代石墨的理想负极材料，但其较低的导电性和在充放电过程中较大的体积变化致使其循环寿命较差，电池倍率性能欠佳，这严重阻碍了其商业化应用。已有研究表明，对金属氧化物电极材料形貌控制、纳米和复合化以及表面包覆等可有效改善上述问题。　　金属-有机骨架化合物(MOFs)是由金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的晶体材料，具有比表面积大、孔径可调和骨架结构多样性等特点。而且与其它模板相比，MOFs的这些特性使其在制备功能可调、新颖多孔结构的过渡金属氧化物时具有独特的优势。基于此，本论文以MOFs为模板，设计合成了一系列多孔复合过渡金属氧化物负极材料，研究了材料的结构特性，以及应用于锂离子电池的电化学性能。主要取得如下成果:　　(1)以核壳Co3[Fe(CN)6]2@Ni3[Co(CN)6]2纳米立方体为模板，在空气中热处理后合成了多孔Fe2O3@NiCo2O4纳米笼复合材料。将该材料用于锂离子电池负极时，在100 mA g-1充放电电流密度下，初始放电容量为1311 mAh g-1，循环100次后，其放电容量仍可维持在1080 mAh g-1，并且该材料也具有良好的倍率性能。　　(2)通过水热法合成了核壳Fe2Ni MIL-88/Fe MIL-88纳米棒，简单热处理后制备了由纳米颗粒组成的直径为78 nm、长度为1μm的多孔NiFe2O4/Fe2O3纳米管复合材料。该复合材料表现出较好的电化学储锂性能，在100 mA g-1的电流密度下充放电循环100次后，仍可释放出937 mAh g-1的容量。材料的倍率性能优，即使在2000 mAg-1的电流密度下，放电容量依然高达424 mAh g-1。　　(3)采用化学浴沉积方法在Fe2Ni MIL-88纳米棒的表面包覆了一层均匀的无定形TiO2，热处理后得到了等级多孔核壳NiFe2O4@TiO2纳米棒复合材料。该复合材料的组成和结构特征使其用于锂离子电池负极材料时表现出优异的比容量、倍率和循环性能:在100 mA g-1的充放电电流密度下，经历100次循环后，其放电容量仍可保持在1000 mAh g-1左右;进一步，升高电流密度到2000 mA g-1，该复合材料可释放出358 mA h g-1的容量，与石墨负极的理论容量接近。　　(4)以导电性较好的Te纳米线为模板，制备了核壳结构的Te@ZIF-8(Zn，Co)纳米纤维，并以其为前驱体在空气中热处理得到了多孔Te@ZnCo2O4复合纳米纤维材料。该材料将Te的高导电性、ZnCo2O4的高能量密度、多孔性及纳米颗粒的尺度效应等特性充分结合起来，当将其用于锂离子电池负极材料时，其电化学性能有明显提升:在100 mAg-1电流密度下，初始放电容量为1364 mAhg-1，经历100次充放电循环后，仍可释放出956 mAh g-1的容量。当将电流密度升高到2000mAg-1时，其放电容量为303 mAh g-1，表现出较好的倍率性能。　　(5)通过一种简单、可量产的室温沉淀法制备了CNTs/ZIF-67复合材料，并以其为模板，经热处理合成了CNTs原位嵌入Co3O4多面体的复合材料。该复合材料是由纳米尺度的小颗粒组成的，并含有丰富的孔洞。CNTs/Co3O4材料用于锂离子电池负极时表现出优异的电化学储锂性能（100 mA g-1电流密度下循环100次后放电容量为813 mA h g-1;1000 mAg-1电流密度下放电容量为514 mA h g-1）。进一步将该方法进行了扩展，制备了储锂性能优异的CNTs与三元金属氧化物ZnCo2O4的复合材料。　　(6)采用共沉淀、多巴胺包覆、化学刻蚀和热处理等方法分别制备了蛋壳结构和凹面的NiO-Co3O4@C立方体复合材料。该复合材料的组成和结构特征及不同组分之间的协同作用，使其用于锂离子电池负极材料时表现出优异的电化学性能。在100 mA g-1电流密度下循环100次后，这两种复合材料可分别释放出803和870 mAh g-1的容量。即使在2000 mA g-1电流密度下，放电容量仍分别高达339和398 mA h g-1。　　上述制备的等级多孔复合过渡金属氧化物负极材料电化学性能的提升主要归功于以下几个方面:首先，等级多孔结构的存在可以促使锂离子更好地嵌入电极材料，加速锂离子的扩散动力学，并减小其扩散路径;此外，等级多孔结构还可以增加电解液与电极材料的接触面积，减小电解液渗透到电极材料内部的阻力;其次，大量孔洞的存在可以有效地缓解电极材料在锂离子嵌入与脱出过程中体积改变所带来的压力;进一步，在充放电过程中，由于不同相与锂离子的反应电位有所差异，使得某一相发生体积膨胀或者收缩的时候，其它相还未参与反应，未反应的相可以减轻电极材料遭受的压力并避免材料发生粉化。最后，不同组分之间相互作用产生的协同效应也有助于提高电极材料的电化学性能。