随着移动通讯、数码产品、便携式计算机的广泛应用,以及电动汽车的研发,人们对二次电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池是目前最广泛使用也是综合性能最好的二次电池,如何进一步提高电池的比容量和大倍率充放电性能是当前研究的热点。一维纳米材料及其阵列拥有高的比表面积和较小的径向尺寸,使其具有大的电解液接触面积、短的锂离子迁移路径、良好的电子传输性能和抗膨胀能力,被认为是一种理想的锂离子电池负极材料。本论文从提高锂离子电池的比容量和大倍率充放电性能出发,采用模板结合化学气相沉积方法,系统地开展了C/Si/C复合纳米管阵列和钛酸锂纳米管阵列的合成、结构调控与锂离子电池性能研究。主要研究结果如下:　　(1)建立了一种以多孔阳极氧化铝(AAO)为模板两步化学气相沉积(CVD)制备硅-碳复合纳米管阵列的新方法。主要过程涉及利用乙炔的高温气相分解形成C/AAO纳米管阵列以及在此基础上采用硅烷的高温低压气相分解制备Si/C/AAO复合纳米管阵列。通过控制沉积条件,实现了硅.碳复合纳米管的管长、管径和壁厚的精确调控。我们进而对这种硅-碳复合纳米管的生长机理进行了初步探讨。　　(2)以硅-碳双层复合纳米管阵列为基底、采用乙炔高温气相分解成功制备出管长、管径和壁厚可控的碳-硅-碳复合纳米管阵列。以此阵列直接作为锂离子电池的负极材料具有以下优点:外侧的碳可以起到传导电子及负极集流器的作用,内侧的碳可以保护硅不被氧化并阻止硅表面生成固态电解质膜,同时管内的空隙可以容纳硅在充放电过程中的体积膨胀。锂离子电池性能测试结果表明,碳-硅-碳复合纳米管阵列作负极有效地提高了首次循环效率和循环性能,负极的整体比容量和面比容量达到716 mAhg-1和6.0 mAhcm-2,均高于商业化的石墨,更是远超其他文献报道的硅材料。　　(3)以二氧化钛纳米管阵列为前驱体,采用高温界面反应方法,制得高度有序的晶体Li4Ti5O12纳米管阵列。优化后的Li4Ti5O12纳米管阵列作为锂离子电池的负极有明显的充放电平台,在0.4 C倍率充放电下,其比容量可达到120mAhg-1,接近其理论值。自支撑的Li4Ti5O12纳米管阵列可以有效地提高整个负极的比容量,并且仍然可以保持高倍率充放电下容量不衰减。