锂离子电池由于高能量密度、高输出电压、长循环寿命、无记忆效应等优势,已经广泛应用于便携式电子设备和电动汽车领域。商业锂离子电池的石墨负极由于有限的理论比容量(372 m Ah·g-1),已经不能满足市场对高能量密度的需求。因此,拥有超高理论比容量(4200 m Ah·g-1)和适中嵌锂电位（0.4 V vs.Li/Li+）的纯Si材料受到了广泛关注和研究。然而,在充/放电过程中形成的LixSi合金导致严重的体积膨胀（300-400%）,阻碍了其在商业领域的应用。相对纯Si,SiO2和过渡金属氧化物由于较高的理论比容量、安全的嵌锂电位、以及稳定的循环性能,成为了一类极具潜力的候选负极材料。但是,作为锂离子电池负极材料,氧化物的低电导率和固有体积膨胀是必须要面对和解决的问题。本研究工作针对以上问题,通过引入金属组元、复合异质氧化物以及纳米化结构设计等措施,制备了不同类别、微观形貌及晶体学特征的SiO2基、Ni O基以及TiO2基纳米复合材料。利用光发射光谱（OES）和埃林汉姆图（Ellingham）中吉布斯自由能分析,为产物形成机理分析提供了实验依据,实现了产物成分的有效控制。通过雾化干燥和氧化烧结工艺,将原位制备的氧化物基纳米粉体材料进行后续物理化学改性处理及结构重组,进一步明确了材料组分、微观结构与形貌对电化学性能的影响,改善了氧化物材料体系的电子/离子电导率,缓解了体积膨胀效应,优化了电化学性能。论文的主要研究内容和结果如下:（1）通过引入金属Mn组元以及纳米化设计,利用直流电弧放电等离子体共蒸发原理,合成了核/壳型Mn@SiO2纳米胶囊。壳层以非晶态SiO2相为主,外层分布2nm厚晶态SiO2层,金属Mn核含量为3.2 wt.%。采用OES估算了等离子体电子温度（Te=15396K）。在Mn@SiO2纳米胶囊材料中,金属Mn组元提供了大量自由电子,改善了材料整体的电导率,纳米胶囊的小尺寸效应缓解了体积膨胀,从而提高了电化学性能。结果表明,200次循环后放电比容量和容量保持率分别为778.7 m Ah·g-1和84.2%;经历2.0 A·g-1大电流密度冲击后恢复到初始0.1 A·g-1时,容量仍可保持在752.5 m Ah·g-1,容量恢复率为79.7%。大量自由电子可促进活性单元之间的电连接,进而提高快速充放电效率。（2）在上述研究基础上,为进一步提高电导率,选择本征电导率比Mn更高的金属Cu作为复合组元,合成了核/壳型非晶态SiO2（a.-SiO2）包覆Cu/Cu O纳米复合粒子（Cu/Cu O@a.-SiO2 NPs）。Cu O相的存在源于钝化过程中芯部Cu表面部分氧化。非晶态SiO2相除了提供容量外,还能够缓解Cu O活性相在嵌锂过程中的体积膨胀。金属Cu核在复合材料中提供了大量自由电子,紧密的核/壳结构促进了电荷有效传输与传导,保证电极结构完整性,极大地改善了电极的循环稳定性能。在0.1 A·g-1电流密度下循环200次后放电比容量为839.8 m Ah·g-1,容量保持率为97.3%,相对Mn@SiO2胶囊提高了13.1%,进一步验证了利用金属组元提高材料电导率是改善SiO2基纳米复合材料电化学性能的有效途径之一。（3）为了从本质上解决SiO2体积膨胀问题,利用瞬态气-液-固（VLS）一维结构生长机制,以金属Mn作为催化剂,原位合成了长度约为200-300 nm的新型SiO2纳米线（Mn@SiO2 NWs）,芯部为非晶SiO2,线表面分布～2 nm厚晶态SiO2层,端部镶嵌～8.0 nm金属Mn粒子。利用在线光发射光谱（OES）分析了等离子体热源能量状态,以及利用Ellingham图吉布斯自由能数据分析了氧化物优先形成条件,为Mn@SiO2纳米线形成机理提供了能量依据。电化学性能测试结果显示,在0.1 A·g-1电流密度下循环200次后比容量和库伦效率分别为1254.8 m Ah·g-1和96.4%,相对初始态的容量保持率为104.9%。良好的电化学性能归因于一维SiO2纳米线直接的电荷传输路径、应力分布均匀等优点,以及金属Mn复合组元的电导率提高作用,使电极在循环过程中保持较高的结构完整性,验证了一维SiO2纳米线结构设计思路的可行性和有效性。（4）为得到更高质量的SiO2基纳米线,以金属Ni作为催化剂,利用瞬态气-液-固（VLS）一维结构生长机制,合成了完全非晶态SiO2纳米线（Ni@a.-SiO2NWs）,长度为400-500nm,端部镶嵌Ni粒子含量为26.68 wt.%。不同于Mn元素,Ni的沸点与熔点之间跨度较大(ΔTNi=1279℃,ΔTMn=788℃),为完全非晶态SiO2纳米线的形成提供了更为有利的温度条件。OES用于在线诊断等离子体热源,获得了局域热平衡态等离子体电子温度Te（8088.3 K）、电子密度ne(1.84×1016 cm-3)。将Ni@a.-SiO2纳米线进行后续控温氧化处理,分别获得了Ni@Ni O@a.-SiO2、以及Ni O@a.-SiO2纳米线产物。结构优化后的Ni@Ni O@a.-SiO2纳米线电极表现出最佳电化学性能,在0.1 A·g-1电流密度下、循环200次后放电比容量稳定在996.8 m Ah·g-1,库伦效率为99.5%,相对Mn@SiO2纳米线提高了3.1%。优异的电化学性能归因于一维纳米线结构、Ni@Ni O组元的电性和容量贡献,以及热氧化烧结过程可消除表面OH-官能团及杂质,减少了电解液的消耗,进而提高了循环稳定性和抗大电流密度冲击能力。（5）在（4）的研究基础上,发现Ni O是极具潜力的转化反应型锂离子电池负极材料,但受限于其较低电导率和固有体积膨胀效应。因此,利用金属Ni纳米链为前驱体,结合后续控温氧化烧结处理工艺,合成了新型一维Ni@Ni O纳米链结构,进一步通过雾化干燥工艺将Ni@Ni O组元担载在石墨烯（r GO）上,获得了（Ni@Ni O）/r GO纳米复合材料。Ni、Ni O和r GO的含量分别为2.15 wt.%、87.83 wt.%和10.02 wt.%。结果表明,（Ni@Ni O）/r GO纳米复合材料电极在0.1 A·g-1、循环100次后,其放电比容量保持在1016.8m Ah·g-1、库伦效率为99.7%;循环3次后电极的锂离子扩散系数较初始态提升了2个数量级。一维Ni@Ni O纳米链组元有利于缓解Ni O相的体积膨胀、金属Ni组元及柔性石墨烯组元为电子/离子快速传输提供了有效通道和路径,从而提高了电极的电化学动力学性能;组元之间均匀分散的结合方式避免了石墨烯层的团聚,同时为缓解Ni O相体积膨胀/收缩提供了相对充分的空间。（6）TiO2是过渡金属氧化物中仅有的嵌入式反应型材料,在嵌/脱锂循环过程中体积变化率小于4%,但较低的理论比容量(335 m Ah·g-1)和锂离子扩散系数限制了进一步应用。本文利用共蒸发混合原料（Cu O+TiO2粗粉）方法,原位合成了核/壳型非晶态二氧化钛（a.-TiO2）包覆铜纳米粒子（Cu@a.-TiO2 NPs）,通过后续热氧化处理将Cu核粒子部分氧化为具有电化学活性的Cu O中间包覆层,最终获得了Cu@Cu O@a.-TiO2纳米复合粒子。结果表明,Cu@Cu O@a.-TiO2纳米粒子电极的首周放电容量为1936.1 m Ah·g-1、200次循环后保持在882.3 m Ah·g-1、其库伦效率为98.8%。非晶态TiO2壳层提供了丰富的活性位点,促进锂离子扩散迁移,提高了电荷传输效率;金属Cu核组元有利于提高电极整体电导率,氧化过程产生的空隙可缓解体积膨胀效应,从而提高了Cu@Cu O@a.-TiO2纳米粒子电极整体的电化学性能。