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锂离子电池具有比能量大、电压高、循环寿命长、环境友好等优点，广泛应用于电子产品和电动汽车等领域。其性能很大程度上取决于电极材料。目前商业化的负极材料仍以碳材料为主，其质量比容量和体积比容量非常低，同时由于其嵌锂电位过低，充放电过程中存在电解质分解等缺点，严重限制了锂离子电池的性能。开发高比容量，长寿命，安全性好的负极材料成为人们研究的重点。本论文在调研了锂离子电池负极材料研究现状的基础上，研究了高容量的尖晶石型ZnFe2O4，CoFe2O4，Co3O4和长寿命的Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料的应用，主要结果如下:
(1)我们通过气泡模板方法合成了开口的CoFe2O4和ZnFe2O4的中空微球。CoFe2O4和ZnFe2O4均表现出了较好的电化学性能，以2Ag-1的电流密度进行充放电测试，循环20次后，ZnFe2O4和CoFe2O4的放电容量分别保持在450mAhg-1和262mAhg-1。
(2)我们通过溶胶凝胶法制备Co3O4/MgO复合材料，研究了MgO含量对于Co3O4/MgO的电化学性能的影响。结果发现，随MgO含量的增加，Co3O4的颗粒尺寸逐渐变小，形貌更加均匀。当钴与镁加入比例为2:1时所得样品具有最佳的电化学性能。在电流密度为100mAg-1时，首次放电比容量为1404mAhg-1，50个循环后容量保持在948mAhg-1。
(3)通过高温固相法制备Li4Ti5O12/C复合材料，研究了反应条件对Li4TisO12/C的性能的影响。其中通过球磨辅助的固相法在800℃所得的样品较纯，电化学测试表明Li4Ti5O12/C容量相对于未复合的Li4Ti5O12有很大的提高。
(4)通过溶剂热和N2气氛下退火处理在介孔Li4Ti5O12中引入缺陷结构，调节退火温度和合成过程中的甘氨酸的加入量，对材料的结构、形貌、电子电导率以及电化学性能进行研究，结果如下:(i)缺陷结构的引入。将得到的Li4Ti5O12原晶在N2气氛下退火，可以得到具有氧空位和Ti3+的缺陷式介孔Li4Ti5O12。相对空气中退火所得的介孔Li4Ti5O12，缺陷式介孔Li4Ti5O12的电子电导率有很大提高，并且具有优异的电化学性能，在倍率为20C时首次放电容量为139mAhg-1，300个循环后容量保持率为91.4％。(ii)调节退火温度。退火温度对Li4Ti5O12的物理结构和电化学性能有很大的影响。其中500℃处理的样品具有最佳的电化学性能。(iii)调控介孔结构。通过合成过程中甘氨酸的加入量可以调控Li4Ti5O12的介孔结构和碳含量，加入0.02～0.1g甘氨酸所得的样品具有介孔结构和微量碳。介孔结构和微量碳能有效的提高Li4Ti5O12的电子电导率和锂离子扩散系数，进而提高其电化学性能。甘氨酸为0.05g所得的介孔Li4Ti5O12在10C时表现出优异的电化学性能，500个循环后放电比容量保持为126mAhg-1，容量损失仅为8％。