锂离子电池一直是新能源领域研究的热点，与其它二次电池相比，它具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、体积小、重量轻、自放电率低、无记忆效应和污染小等显著优点。电极材料是锂离子电池的关键组成部分，对锂离子电池的可逆比容量、能量密度、循环稳定性等性能指标有至关重要的影响。因此，研究和开发高性能电极材料，无论是在学术领域，还是对产业界都具有十分重要的意义。目前，应用范围比较广的正极材料有LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等，而负极材料依旧被石墨所统治，而这些材料的性能在市场日益增长的需求面前，特别是电动汽车方面越来越显得捉襟见肘。本文重点对几种新型高容量正、负极材料进行结构调控及电化学性能优化，深入研究其构效关系，并揭示性能优化机制，主要内容包括:　　1.高性能锂离子电池正极材料Li2RuxTi1-xO3(x=1.0、0.8、0.6、0.5)的结构及电化学性能研究。通过传统固相法合成了Ti掺杂Li2RuO3，适量的Ti掺杂可以改善Li2RuO3的结构稳定性以及循环稳定性。通过X-射线衍射(XRD)的Rietveld精修结果可知，Ti元素占据的是Ru元素在晶格中的位置，没有出现原子之间混排现象，因此层状结构保持完整，这不仅使得材料的电子电导率得到了提升，也优化了锂离子迁移路径。恒电流循环以及倍率性能测试的结果显示，Li2Ru0.8Ti0.2O3拥有最高的可逆比容量，并且有出色的循环稳定性，在100 mA·g-1电流密度下经过90个循环，其充放电比容量依旧有196.9 mAh·g-1和196.1 mAh·g-1，明显优于Li2RuO3和其它Ti掺杂样品。通过对四种材料充放电曲线以及CV扫描结果，我们发现晶格中的Ti元素可以强化O2-氧化的反应机理。另外，交流阻抗(EIS)的结果表明Ti元素掺杂可以明显降低活性材料颗粒与电解液界面的电荷转移阻抗。　　2.氢化诱导氧空位对锂离子电池负极材料Li2TiO3结构及电化学性能的影响。通过传统的固相法合成了化学计量比(L100)和非化学计量比(L90)Li2TiO3材料，并且在氢/氩混合气氛中对L90样品进行了热处理，得到了带有氧缺陷的样品(L90-H2)。我们研究了这些样品作为锂离子电池负极材料的电化学性能，并通过XRD、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、正电子湮灭谱等分析了L90-H2样品中的氧缺陷。经过氢化处理，一小部分Li2TiO3转变化Li4Ti5O12相。通过XPS和拉曼光谱都证实了L90-H2样品中氧缺陷的存在，正电子湮灭进一步证明了L90-H2样品中的氧缺陷数量增加，且缺陷尺寸变大。电化学性能的测试结果显示，相比于未氢化处理的样品，L90-H2样品无论是可逆比容量，还是循环稳定性、倍率性能，均有显著提升。L90-H2样品在100个周期循环放电的可逆比容量达到了182.8 mAh·g-1，而没有氢化的样品仅剩下不到100mAh·g-1。这些结果都证明了晶格缺陷在锂离子电池负极材料Li2TiO3性能优化过程中发挥了重要作用。　　3.新型锂离子电池正极材料LiVO3的碳包覆改性研究。LiVO3被认为是一类很有前景的高比容量正极材料。我们设计了一种非常简单且新颖的液相方法成功合成了碳包覆LiVO3材料。通过使用LiNO3、VOC2O4和酚醛树脂前驱体，保证了LiVO3成相和表面碳化的同步完成。在这个方法中，VOC2O4是首次采用，合成材料表面的碳层厚度大约为10nm左右。与未包覆LiVO3材料相比，碳包覆LiVO3材料拥有更好的循环稳定性以及倍率性能。碳包覆LiVO3材料在200 mA·g-1电流密度下的初始充放电比容量分别为281.3和339.5 mAh·g-1，而且经过120个循环后仍保留了125.2 mAh·g-1和125.4 mAh·g-1。EIS测试结果显示，碳层能够降低LiVO3表面的电荷转移电阻。此外，碳层还可以避免活性材料颗粒在充放电过程中的团聚，避免电解液分解产生的HF对活性材料的腐蚀，这些因素的协同作用共同促进了循环稳定性和倍率性能的提升。　　4.锂离子电池负极材料Mg(Mn2-xCox)O4的中子衍射分析与电化学性能研究。通过水热法以及对前驱体的煅烧成功合成MgMn2O4及其Co掺杂Mg(Mn2-xCox)O4(x=0.5，1.0 and2.0)样品。我们详细分析了这类化合物的结构并对其作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行了表征。Co的掺杂诱导了MgMn2O4由四方相(I41/amd空间群)向立方相（Fd-3m空间群）的结构转变。电化学测试的结果表明，随着Co掺杂量的增加，材料的可逆比容量呈现出先上升然后下降的趋势，由此可见，Co掺杂对于改善材料的性能有很重要的作用。MgMn1.5Co0.5O4的性能是几个样品中最好的，这主要是因为Co元素进入晶格，使得立方尖晶石结构中出现了“反占位缺陷”。中子衍射及Rietveld精修证明了“反占位缺陷”随Co含量增加而增多，因此，我们可以推断，适量的“反占位缺陷”对于提升材料性能也有很大帮助，然而过量的缺陷会破坏材料结构的稳定性，反而不利于性能改善。