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环境污染和能源短缺已成为新世纪亟待解决的重大难题。锂离子二次电池作为一种电化学储能系统，具有非常突出的优势，已广泛应用于各种便携式电子设备和动力设备中。但是，由于目前商业化的锂离子电池负极材料碳材料的理论比容量较低，已不能满足当今社会的发展需求。开发新型高能量密度的锂离子二次电池成为一个紧迫的研究课题，其中，研发新型高容量、良好倍率性能和循环稳定性的负极材料是解决这一问题的关键因素之一。过渡金属氧化物由于具有较高的理论比容量和良好的安全性，近来作为一种新型的负极材料得到了非常广泛的关注和研究。其中，ZnCo2O4的理论比容量为975 mAh/g，但ZnCo2O4存在导电能力差和体积膨胀效应较明显的缺陷。本论文主要工作是通过不同结构的设计，金属掺杂以及碳复合来改善材料的电化学性能。具体内容如下: (1)Co3O4电极材料:通过共沉淀法制备了多孔枝晶状Co3O4材料，对Co3O4材料的物相和形貌结构进行了表征，同时，通过电化学性能测试表明了材料具有较好的电化学性能。首次放电比容量为1307.8mAh/g，100周充放电循环后，放电比容量还能保持在900mAh/g以上，表现出非常良好的充放电循环性能。充分说明了多孔枝晶状结构有利于改善电极材料的电化学性能。 (2)不同结构ZnCo2O4电极材料:通过调整温度和pH值等实验条件，采用共沉淀法制备了多孔片状结构ZnCo2O4和多孔纤维束状ZnCo2O4两种不同结构的电极材料。同样对两种材料的物相和形貌结构进行了表征。电化学测试结果表明，两种材料都具备较好的电化学性能，两者相比较得到多孔片状结构ZnCo2O4具有更突出的倍率性能，但颗粒尺寸更大的纤维束状结构ZnCo2O4具有更高的首次效率。说明单一的结构控制不能够使材料获得最优的电化学性能。 (3) ZnCo2O4/CNTs电极材料:通过水热法合成了ZnCo2O4/CNTs复合材料，并研究了与碳纳米管复合对ZnCo2O4材料的形貌结构及电化学性能影响。结果表明，掺入碳纳米管后不仅可以提供较好的导电网络，同时可以使复合材料的颗粒尺寸减小以及多面体结构面数增加，这些改变可以使锂离子和电子能够更加快速的传输和嵌脱。ZnCo2O4/CNTs复合材料比纯ZnCo2O4材料表现出更加优异的充放电性能和快速充放电性能。首次放电比容量为1236.5 mAh/g，首次库伦效率为83.9％。150周循环后，放电比容量仍然能够保持在864.6 mAh/g。 (4) Zn0.5Ni0.5Co2O4电极材料:采用典型的共沉淀法制备了珊瑚状Zn0.5Ni0.5Co2O4，电化学测试结果表明珊瑚状Zn0.5Ni0.5Co2O4材料表现出高的首次库仑效率、好的充放电循环性能和突出的倍率性能。首次库伦效率达到84％，采用1500 mA/g的大电流密度进行测试，200周充放电循环后，放电比容量仍然能够保持在730 mAh/g。这些研究结果不仅证明了金属元素掺杂可以改变多元立方尖晶石过渡金属氧化物的形貌结构和电化学性能，而且说明了控制金属元素掺杂的量对电池的性能有着非常重要的影响。