移动终端市场的爆炸式增长极大地带动了对高能量密度锂离子电池的需求。锂离子电池性能取决于电极材料的结构和性质。在本论文中，致力于研究高容量的Si和Ge负极材料，并基于电子和离子的混合传输理论，设计和构建了一系列复合纳米结构。主要研究工作包括以下几方面:　　 (1)采用低成本的SiO2为前驱体，以高温热还原法大量制备了Si@SiOx核壳纳米线。实验结果表明Ti粉仅仅作为还原剂还原SiO2，球形Si@SiOx核壳纳米颗粒催化了纳米线沿[111]晶向生长。表面的氧化层限制了Si在嵌锂过程中的体积膨胀，同时构建了稳定的界面。基于独特的一维核壳结构，Si@SiOx纳米线表现出了良好的电化学性能。较低的原料成本和简单的制备方法，使Si@SiOx核壳纳米线可以成为一种有前景的锂离子电池负极材料。　　 (2)设计并制备了Ge/Carbon nanotubes/Cu(Ge/CNTs/Cu)弹性电极并在不添加粘结剂和导电剂的条件下应用于锂离子电池。CNTs构成的导电网络实现了电子从Ge活性材料到Cu集流体的快速转移，同时弹性骨架限制了Ge颗粒在嵌锂过程中的体积膨胀，维持了电极结构的完整性。优异的电池性能，温和的制备条件以及新颖的结构，使这种三维弹性电极可以成为一种有潜力的负极材料应用于高能锂离子电池。　　 (3)通过NaBH4的同步还原法，在溶液中制备了Ge/石墨烯复合材料(Ge/G)。添加适量的石墨烯可以使Ge纳米颗粒在石墨烯表面的均匀生长和附着。石墨烯的二维层状结构很好的限制了Ge纳米颗粒的团聚，同时实现了电化学反应过程中电子的快速转移。由于石墨烯导电网络的存在，Ge/G复合材料相对于Ge纳米颗粒显示出了优异的循环和倍率性能。　　 (4)通过氢气气氛下550℃还原在Ti集流体表面沉积的GeO2立方颗粒得到了具有多孔结构的Ge立方颗粒。良好的材料结晶度，多孔结构以及没有氧化层的表面使多孔Ge立方颗粒具有91.8％的超高首次库伦效率。经过200 mA g-1电流密度下100个充放电循环，电极结构保持良好，实现了能量的稳定输出。高导电性的原位碳包覆层极大的提高了多孔Ge立方颗粒的大电流充放电能力。