能源短缺和环境污染极大地加速了新型清洁能源及储能装置的发展。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点,被认为是各种清洁能源转换和储存的最佳方案之一。目前,商用石墨负极因较低的理论容量（372 mA h/g）限制了其在动力汽车和太阳能存储设备中的应用。因此,寻找可逆容量高,循环寿命长的电极材料具有重要意义。高容量过渡金属氧化物,金属硫化物,锡基材料成为锂离子电池负极材料的研究热点。然而,由于其锂化/去锂化过程中的体积变化较大,导电性差,严重阻碍了其实际应用。本论文针对锂离子电池负极材料目前存在的一些问题,通过设计不同的结构,制备相应的纳米复合材料,研究其电化学性能。本论文开展的工作主要包含以下几个方面:（1）采用水热法设计了由纳米片组装成的In₂S₃微球生长在氮掺杂的碳纳米棒上,形成花枝状In₂S₃@N-Carbon。In₂S₃@N-Carbon电极在0.1 A/g的电流密度下测试200次后,能维持485 mA h/g的容量,显著高于纯的In₂S₃（34.6 mA h/g）。In₂S₃@N-Carbon较好的电化学性能归因于氮掺杂碳纳米棒,提高了电极的导电性,并充当了In₂S₃体积膨胀的缓冲材料。（2）采用模板法设计了三明治碳/锡/碳（C/Sn/C）空心球的结构,通过各种表征方法和电化学测试,阐明了新型碳/锡/碳空心球结构对储锂性能的影响。C/Sn/C空心球在0.1 A/g的电流密度下循环130次后,可逆比容量达到1100 mA h/g,明显优于Sn/C（187 mA h/g）,此外,C/Sn/C在5 A/g的电流密度下仍能保持430 m A h/g的高容量。C/Sn/C空心球具有优异的电化学性能,这是由于双层碳壳具有独特的纳米约束,具有良好的结构稳定性,并且,锂的赝电容储能也起了一定的作用。（3）通过水热法结合热处理设计了氮掺杂碳包覆Fe₃O₄/石墨烯（N-carbon/Fe₃O₄/graphene）多层纳米片结构。作为负极材料,与Fe₃O₄/graphene（540 m A h/g）相比,N-carbon/Fe₃O₄/graphene具有更高的可逆容量（807m A h/g）。此外,即使在1 A/g的电流密度下循环700次后,N-carbon/Fe₃O₄/graphene电极仍能维持550 mA h/g的容量。结构-性能相关性研究表明,碳铆接层对提高锂的扩散动力学有重要作用,有效的结构设计促成了良好的电化学性能。（4）通过水热法和原子层沉积法制备了TiO₂@Void@SnO₂双层空心纳米管。相比SnO₂（210 mA h/g）和TiO₂@SnO₂（637 mA h/g）,TiO₂@Void@SnO₂在100 mA/g测试100圈后的可逆容量为798 mA h/g,并且有卓越的倍率性能（在1 A/g的电流密度下达到550 mA h/g）,电化学测试表明由于其独特的结构优势,TiO₂@Void@SnO₂与TiO₂@SnO₂和SnO₂相比具有更好的性能。双层中空结构可适应体积变化并防止SnO₂粉碎。TiO₂可以限制SnO₂的移动并产生表面保护以保持结构的稳定性。结果证明,本研究为未来锂离子电池高性能电极材料的纳米结构设计提供了合理的方法。