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锂离子电池作为一种绿色环保的储能装置已经在便携式电子设备及电动汽车领域得到广泛应用,但是目前商业化的石墨负极理论比容量较低,限制了锂离子电池的能量密度和功率密度。金属硫化物和金属磷化物具有较高的理论比容量,并且储量丰富、价格低廉,有望代替目前的商用石墨材料成为下一代锂离子电池负极材料。金属硫化物的电子导电率较低,以及循环过程中的体积效应严重影响锂离子电池的电化学性能;金属磷化物则兼具嵌入反应和转化反应两种储锂方式,但是不同晶体构型对储锂方式的影响尚不明确,这些都影响它们在锂离子电池负极材料领域的实际应用。本论文结合直流电弧等离子体蒸发法及后续化学反应分别制备金属硫化物/碳复合材料以及金属磷化物,通过设计构建不同的碳包覆异质结构实现金属硫化物负极材料的长效高密度电化学储锂,结合电化学表征探索碳包覆结构对储锂性能的改善机理;以晶体构型差异为出发点,结合第一性原理计算和表征技术研究金属磷化物的储锂方式,为金属硫化物/碳异质结构和金属磷化物在锂离子电池中的应用提供新的设计思路及理论基础。本论文的主要工作及成果如下:（1）基于Sn对CNT的催化生长作用和热膨胀系数差异,以金属Sn块及气体CH4为原料,采用直流电弧等离子体蒸发法合成半填充结构Sn@CNT纳米粒子,并以此为前驱体通过硫化反应制备半填充结构SnS2@CNT纳米粒子。以SnS2@CNT纳米粒子作为锂离子电池负极材料,初始放电比容量为1258mAh/g,并展现出容量逆增长特性,470次循环后增至2733 mAh/g。循环后电极材料的TEM及电化学性能分析表明,SnS2@CNT电极的容量逆增长归因于CNT的“口袋效应”。循环后粉化的SnS2晶粒被CNT约束保证良好的电接触,产生大量的电化学活性位点并缩短Li+的扩散路径,从而促进电化学反应。此外,CNT大量的表面缺陷及碎化晶粒可以通过脱/吸附储锂反应贡献容量,并且充/放电过程中形成的异质结构界面通过Job-Sharing界面效应贡献储锂容量。（2）利用金属Fe与C良好的固溶性,结合直流电弧等离子体蒸发法及硫化反应制备核壳结构的FeS2@C纳米粒子,代替传统S正极设计新的锂-硫化物电池（Li-SD）体系,抑制传统锂硫电池的穿梭效应,并解决低电子导电性等瓶颈问题。0.5 A/g电流密度下FeS2@C电极经过360次循环后仍然可以提供712.6 mAh/g的高可逆比容量,即使在高电流密度（10.0 A/g）下,依然可以释放230mAh/g的储锂比容量。根据电感耦合等离子体光谱和第一性原理计算结果证实:FeS2@C电极通过Fe-S共价键有效的防止充/放电过程中S以多硫化物形式损失;同时,碳包覆层不仅提供有效的电接触,而且可以作为物理屏障限制活性材料的损耗。基于Arrhenius公式及不同温度条件下的电化学响应参数揭示FeS2@C纳米粒子的双约束效应不仅保证电化学反应过程中良好的动力学行为,而且使电池在极端条件下具有较高的安全性。（3）利用金属Ni与C良好的固溶性,结合直流电弧等离子体蒸发法及硫化反应制备核壳型碳包覆结构的NiS2@C纳米粒子,TGA分析表明NiS2的质量负载量为87.60%。以NiS2@C纳米粒子作为锂离子电池的负极材料,0.3 A/g电流密度下初始放电比容量为1464 mAh/g,270次循环后放电比容量仍然可以维持678.8 mAh/g,并展现出优异的倍率性能。优异的电化学性能得益于碳包覆结构不仅可以保证长效循环过程中的结构稳定,而且还可以使NiS2内核在可逆电化学反应中保持相界及缺陷处的活性位点,允许Li+通过可逆脱/嵌反应提供额外的电化学储锂容量。（4）采用直流电弧等离子体蒸发法,结合后期固相磷化反应分别制备了 MoP2纳米片和MoP纳米粒子,正交晶系MoP2具有Zigzag构型的层状结构,而六方晶系的MoP具有WC型结构。作为锂离子电池负极材料,电流密度为0.1 A/g时MoP2电极和MoP电极经历300次循环后放电比容量分别保持676.60和312.38 mAh/g。结合第一性原理计算证实Zigzag构型的MoP2嵌锂后P-P趋于断裂,远端P原子与Li成键形成Li3P,而六方晶系的MoP只拥有键能较强的Mo-P键,嵌锂后形成三元化合物LixMoP。结合循环后电极材料的XRD和HRTEM表征验证第一性原理计算结果:MoP2电极通过转化反应进行电化学储锂,嵌锂形成Li3P,MoP电极通过脱/嵌反应进行电化学储锂,嵌锂形成三元化合物LixMoP。