随着便携式电子设备和电动汽车迅速的发展,能源储存装置向着更高能量密度和更大功率密度的方向发展。其中,锂离子电池和超级电容器是两种具有发展潜力的能源储存装置。两种储能设备虽然储能机理和构造不同,但是对于锂离子电池和超级电容器,电极材料是决定它们性能好坏的关键因素。当然,它们的性能同时也会受到其他因素的制约,比如电解液、隔膜等。碳材料由于其具备比表面积大、导电性能好、化学稳定性好以及成本低等特点而成为理想的电极材料。过渡金属氧化物纳米材料,以其容量高、成本低和稳定性好等优点,成为了很有前景的电极材料。本文基于溶剂热、化学气相沉积(CVD)等合成方法,设计得到多级碳纳米结构,并将其应用于锂离子电池和超级电容器中。我们首先通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射分析、X-射线光电子能谱仪、拉曼光谱对材料的形貌、结构、组成元素进行了表征分析,随后利用循环伏安、恒电流充放电等方法对电极材料进行了电化学性能测试。主要开展了以下几方面的研究工作:在第3章中,通过油浴以及进一步的溶剂热合成法,合成得到超薄NiO纳米片/碳纳米管(CNTs)复合材料作为锂离子电池的负极材料。电极在充放电的过程中表现出极好的循环性能、倍率性能以及很高的库伦效率。当对电极材料进行快充慢放测试时也展现了优异的电化学性能。电极以100 mA g-1的电流密度充电,2000 mAg-1的电流密度进行放电时,首次充电容量和放电容量分别为763 mAh g-1和1000mAh g-1。从第二个循环开始库伦效率均高于95%,经历了 100个循环之后,容量达到第二次循环的122.7%。在第4章中,通过化学沉淀和CVD合成法,首先通过靶催化作用的化学沉淀的方法在泡沫碳上镀一层镍,之后将镀镍的碳泡沫通过CVD的方法沉积一层很薄的碳膜,最终得到一种核鞘结构的碳薄膜包覆的碳泡沫骨架。这种独特结构的碳材料电极在1 Ag-1的电流密度下比电容高达310Fg-1,它在传统的碱性水系和高浓度的双(三氟甲基磺酰)亚胺钠盐溶液电解液中均表现出了优越的电化学性能。通过循环伏安法以及恒电流充放电曲线分析,可以得出该电极有超过90%的电容是由电容型电容贡献的容量。这种核鞘结构不仅有利于离子的传输,还能充分利用电极的表面增加电极的有效比表面积,该合成方法也提供了一种有效包覆碳的方法。