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本文对三种具有纳米结构的负极材料：球形硬碳材料(HCS)、Cr2O3基负极材料以及层状结构的过渡金属氧化物K2Ti8O17纳米线的储锂性能以及储锂机理进行了研究。
深入研究了球形硬碳材料(HCS)的储锂性能及储锂机理。首先使用普通水热法和反胶束水热法制备了两种具有不同微孔结构的硬炭球，研究了微孔结构对硬碳球储锂过程热力学和动力学行为的影响，发现具有较小微孔的材料显示出较高的热力学嵌锂电势，在较大的电流密度下具有较高的容量，因此在恒流放电模式下，有利于增加嵌锂容量。其次用改性的水热法制备了纳米硬碳球，研究了纳米硬炭球的微结构、储锂性能以及储锂机理，并对它进行了电化学改性。HRTEM研究表明纳米硬炭球的微结构在循环过程中发生了轻微的有序化转变，这种“电化学有序化”现象与纳米硬碳球中存在的H有直接关系。研究证实纳米硬炭球表面的固体电解质膜(SEI)在充电到3V时会发生分解。接着研究了N元素掺杂对硬碳球储锂性能的影响，研究发现N元素掺杂在硬碳中有三种存在状态，石墨N和氧化态N的存在增加了可逆储锂容量，氨基N会导致首次不可逆容量损失。最后制备了几种基于硬碳球的复合材料，对其储锂性能进行了研究，并且进一步探讨了硬碳球在动力型锂离子电池负极材料中的应用。
系统地研究了Cr2O3基负极材料的储锂性能。首先研究了本体Cr2O3基本的储锂性能，该材料具有较高的可逆容量(771mAh/g)，但循环性较差。光电子能谱证实其储锂机制为异相嵌入分解反应。通过HRTEM研究发现锂的嵌入导致了Cr纳米晶分散在无定形Li2O中形成纳米弥散相。研究发现活性颗粒在循环过程中体积经历了较大的变化以及Cr2O3的本征电子电导较低是影响Cr2O3电化学性能的两个主要因素。针对影响Cr2O3电化学性能的两个主要因素，采取了表面包覆碳材料和体相掺杂杂原子的方法来解决。硬碳/Cr2O3复合材料有效地改善了Cr2O3的循环性，在此基础上制备的“元宵”结构的碳/Cr2O3复合材料具有较好的电化学性能。Mg和Ni的掺杂较大地提高了Cr2O3的电子电导，同时也表现出了较好的电化学性能，研究发现Mg的掺杂促进了Cr2O3在充电过程中形成较大的晶体颗粒。三元过渡金属氧化物NiCr2O4的储锂性能介于Cr2O3和NiO之间，研究发现在充电过程有Cr2O3晶粒的生成。用水热法制备了球形纳米Cr2O3和HCS/球形纳米Cr2O3复合材料，用CVD方法制备了CNT/Cr2O3复合材料，这些材料都显示出较好的循环性能。
初步研究了层状结构过渡金属氧化物K2Ti8O17纳米线的储锂行为。发现在1.0-3.0V之间，锂离子可以可逆地从K2Ti8O17纳米线的层间嵌入和脱出，HRTEM的研究证实其微结构在嵌锂和脱锂过程中变化是的可逆的。