锂离子电池因具有良好的性能和对环境友好的特点而被广泛应用于手机、笔记本电脑、可穿戴设备等便携式电子设备。但随着大功率、高倍率电子设备如电动汽车的开发和推广,锂离子电池较低的容量、低功率密度和较短的循环寿命已不满足这些高规格设备的要求。因此提高锂离子电池的容量、倍率性能及循环寿命等已成为锂离子电池发展的方向。而开发出高容量、高倍率、耐久的电极材料是提升锂离子电池综合性能的有效途径。本论文对不同储锂机理的多元金属氧化物,采用了不同的制备方法和改性措施制得锂离子电池负极电极材料。对所制备的电极材料进行了电化学性能研究,并研究和探讨了材料的结构与电化学性能的关系。具体研究如下:1、首先通过共沉淀法及固相烧结制备出铁锰原子数比为1:1的锰酸铁（FeMnO₃）,然后通过水热法制备出锰酸铁和还原氧化石墨烯的复合材料。研究表明,将石墨烯与锰酸铁复合提高了材料的导电性和比表面积;石墨烯为材料带来更多介孔增加了材料与电解液的接触面积,缩短了锂离子从电极扩散到电解液的距离,提高了锂离子扩散速率;石墨烯与锰酸铁发生化学键合固定了锰酸铁颗粒,避免了结构的崩坍和粉碎,增加了材料结构的稳定性。该复合材料展示了优异的电化学性能:在200 mA g^-1电流密度下首圈放电容量为1569.2 mAh g^-1,300圈循环后依然有1155.3 mAh g^-1的容量;在3200 mA g^-1的高倍率条件下容量达到了851.7 mAh g^-1,并在随后的200 mA g^-1电流密度下,容量恢复到了1190 mAh g^-1。2、其次,使用生活中常见、价格低廉、对环境友好的甘蔗渣作模板制备了分级多孔结构的Li₄Ti₅O₁₂。通过对原始甘蔗渣在氮气气氛下进行高温烧结,得到了保持甘蔗渣原有结构的碳骨架。对碳骨架进行SEM表征显示了甘蔗渣是一种分级多孔结构的材料。使用甘蔗渣作模板制备得到的Li₄Ti₅O₁₂具有分级多孔结构,通过BET测试表明材料的孔隙孔径分布为5-100 nm。通过电化学测试表明,制备得到的材料具有优异的性能:在1 A g^-1电流密度下1000圈循环后有170.7 mAh g^-1的容量;在10 A g^-1大电流密度下3000圈循环后容量有91.2 mAh g^-1;在15 A g^-1的高倍率条件下容量依然有74.1 mAh g^-1,并在随后的1 A g^-1电流密度下,容量恢复到了140 mAh g^-1以上。研究表明,分级多孔结构对于材料性能提升的作用在于（1）缓解了在充放电过程中因体积变化产生的应力对材料结构的破坏,提高了材料的循环性能;（2）增加了材料的比表面积,缩短了锂离子扩散到电解液的距离即提高锂离子扩散速率,从而提高了材料的倍率性能。