能源是人类赖以生存和发展的基础之一。石油、煤、天然气等一次能源的开发利用促进了文明进步，同时日益造成能源短缺和环境污染问题。社会发展要求提高能量利用效率、减少污染物排放。锂离子电池（LIBs）作为一种新型储能装置，具有能量和输出功率密度高、环境污染相对较小等优点，被广泛运用于手机、电脑等便携工具。LIBs 要应用于汽车上，则需要更高能量存储密度和转换效率，目前技术还无法满足。开发具有高存储密度和转换效率电极材料成为当前热点课题。锡、钛氧化物分别因为比容量高、倍率性能好的特点，有望大幅提高LIBs能量和功率密度，受到高度关注。目前，限制锡、钛氧化物应用的关键问题有二：（1）低导电性，（2）充放电过程中严重体积变化导致能量存储密度和转换效率降低。与碳结合形成3D复合材料可能是解决问题的很好思路。　　本文以还原氧化石墨烯（rGO）和N掺杂中空碳球（HCNs）为结构框架，通过水热法合成二氧化锡纳米颗粒（≈ 7 nm）负载在 3D 碳矩阵上的复合材料（SHCNG）。将其用于 LIBs 负极，3D 球-片-球间隔结构使材料具有合适的比表面积（139 m2·g-1），可有效缓解充放电过程中材料体积变化大对电池循环性能造成的影响，并能为电子提供3D传导路径，缩短 Li+传输距离。在材料中加入一定量碳可以有效提高导电性。该材料比容量及倍率性能均优于不具有3D结构的材料（SG ）及具有 3D 结构但二氧化锡纳米颗粒呈不均匀分布材料（SGHCN）。在200 mA·g-1电流密度下，经过50次循环，放电比容量达到944 mA·h·g-1。经过200、500、1000、1500、2000 mA·g-1电流密度下循环，再回到200 mA·g-1电流密度，放电比容量仍可达到909 mA·h·g-1。研究结果表明合理的结构设计，对材料的电化学性能改进具有重要意义。　　通过简单的一步法制备出 N 掺杂的碳包裹混合相二氧化钛纳米复合材料（HTCN），并用到LIBs的负极。将二氧化钛纳米颗粒包在N掺杂的碳中间，不仅可以提高材料的导电性；还可以阻碍充放电过程中纳米颗粒团聚。在碳中间掺杂N，会可材料中产生丰富缺位，在充放电过程中能够提高电子传输速度。该材料具有相对合适的比表面积（271 m2·g-1），各元素在材料中均匀分布，二氧化钛纳米颗粒相对较小（≈6.5 nm）。制备了碳包裹混合相二氧化钛材料（HTC）及混合相二氧化钛材料，与HTCN进行对比，以验证材料设计的必要性。在200 mA·g-1电流密度下，经400次循环，放电比容量为334 mA·h·g-1，库伦效率约为100%。在1000、2000、5000 mA·g-1电流密度下，经800次循环，放电比容量分别为222 mA·h·g-1、149mA·h·g-1、107mA·h·g-1。结果表明，HTCN具有优异的倍率性能及良好的循环稳定性。该合成方法为制备碳包裹纳米复合材料提供了新思路。