由于资源丰富、价格低廉、无毒、无污染等优点,石墨常被用作商业化锂离子电池负极材料。石墨作为锂离子电池负极材料时,虽然有嵌锂电位低、循环性能优异等优点,但是也表现出比容量低、倍率性能差等一些缺点,因此需要开发比容量高、充放电效率高、循环稳定性优异的新型负极材料。过渡金属化合物具有较高的理论容量和良好的倍率性能,但其导电性较差,在电极反应过程中严重的体积变化会影响电池稳定性。常用的改善材料结构稳定性的有效方法包括合成特殊形貌的纳米材料或者与导电碳材料复合。此外,对新型电极材料优秀性能机制的研究对进一步开发高性能电极材料有着重大的实用意义和科学价值。本论文以研发高性能锂离子电池负极材料为目标,设计合成了纳米碳改性的金属基化合物复合材料,考察了它们作为锂离子电池负极材料时的储锂性能,并研究了其储锂机制。主要研究内容如下所述。1、采用简单的水热和后续煅烧方法合成了Ni₃S₂纳米片/还原氧化石墨-碳复合材料（Ni₃S₂@C-RGO）,并将其作为锂离子电池负极材料装配了电池,进而研究了Ni₃S₂@C-RGO的储锂性能、倍率性能和循环稳定性。2、以廉价铁盐作为铁源、氧化石墨作为导电基底、葡萄糖作为碳源和连接剂设计合成了具有三维结构的碳包覆FeS与氧化石墨烯（FeS@C-RGO）电极材料,并将其作为电池负极材料装配电池后研究了其倍率容量及循环稳定性。3、利用廉价的葡萄糖作为碳源和调控剂,采用简单的无模板溶剂热反应法制备了海胆状V₂O₃/碳空心纳米球（V₂O₃/C）复合材料。通过调节溶剂热反应时间、煅烧时间以及原料加入量,研究了复合材料的形成机制,并将其作为锂离子电池负极材料研究了它的储锂性能,探究了它在锂离子电池全电池中的应用。4、采用简单的水热及后续煅烧方法合成了具有三维结构的碳包覆Fe₂N微球与还原氧化石墨复合体（Fe₂N@C-RGO）,研究了这种复合体作为锂离子电池负极材料时的储锂性能,并通过原位X射线精细吸收谱深入分析了它的储锂机制。此外,研究中也探索了Fe₂N复合材料在电化学析氢中的应用。