本论文的主要工作是采用水热法和水解法设计合成基于过渡金属氧化物(MxOy=Fe2O3, Fe3O4和Ti02)和纳米碳材料(石墨烯rGO和多壁碳纳米管MCNTs)的三维纳米复合材料。采用XRD、FTIR、 Raman、TGA、ICP、EDX、XPS、SEM、TEM、HRTEM和STEM等手段对所合成的复合材料进行了表征。通过循环伏安、恒流充放电和电化学交流阻抗测试考察了它们的储锂性能。得到的主要结论如下:采用简单、绿色、经济的一步尿素辅助水热法合成了三维Fe2O3/rGO/MCNTs纳米复合材料。粒径约为35nm的赤铁矿Fe203纳米粒子锚定在rGO和MCNTs构筑的三维导电网络中。所合成的Fe2O3/rGO/MCNTs作为锂离子电池负极材料,表现出显著提高的比容量、循环性能和倍率性能:100mA g-电流密度下,首次放电容量和充电容量分别为1692和1322mAhg-1;循环50次后,容量保持在1118mAh g-;当电流密度升高到1000mA g-,可逆容量高达785mAh g-1。采用简单的一步水热自组装法合成了纳微结构的Fe304/rGO/MCNTs。直径为0.2-0.5μm磁铁矿Fe304微球分散在rGO/MCNTs中。所得Fe3O4/rGO/MCNTs具有更加优异的储锂性能:在100mA g-电流密度下,其首次放电容量和充电容量分别为1452和1036mAh g-1;在10Ag-电流密度下,可逆容量为208mAh g-1;200周循环后,容量保持在776mAh g-1,平均库伦效率高达98%。利用简单的氨水辅助水解和煅烧两步合成法制备了锐钛矿TiO2/MCNTs纳米复合材料。粒径约为10nm的纯锐钛矿Ti02纳米粒子均匀地生长在MCNTs导电网络上。所合成的产物表现出显著提高的电化学性能,尤其是高倍率性能和循环稳定性:10Ag-1(60C)电流密度下,可逆容量高达92mAh g-1;0.1Ag-1电流密度下循环100周,容量保持在185mAh g-1;循环过程中,库伦效率高达99%。在以上研究的基础上,采用简单经济的自下而上分级组装的方法设计合成了TiO2/FexOy/MCNTs。TiO2修饰的FexOy纳米粒子生长在MCNTs骨架之上或其中。所设计合成的TiO2/Fe,Oy/MCNTs引入Ti02作为缓冲材料,采用MCNTs骨架作为三维多孔导电/缓冲网络和FexOy纳米粒子的生长基底,与已报道的同类复合材料相比,表现出压倒性的储锂性能:500和200mAg-1电流密度下,容量分别保持在922和1089mAh g-1;50mAg-1-10Ag-1不同电流密度下,具有优异的倍率性能;倍率性能测试后,在500mAh-1电流密度下再循环450周,容量从584mAh g-1上升至922mAh g-1(第420周后容量就稳定在920mAh g-1左右)。TiO2/FexOy/MCNTs及其类似复合材料在高性能锂离子电池中显示出巨大的应用前景。