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锂离子电池因其能量密度大、工作电压高、循环性能好等优点,被大规模地应用于电动汽车、便携式电子设备和智能电网中间歇能源的存储。然而,传统石墨碳负极材料的容量和快速充放电的能力已经达到瓶颈。为了满足电动汽车等对锂离子电池日益增长的需求,设计稳定性能好、倍率性能高的负极材料迫在眉睫。过渡金属氧化物作为高容量负极材料的典型代表,得到了科研工作者们的广泛关注。但是,过渡金属氧化物材料自身所存在的缺点,如导电性差、首次库伦效率低、体积效应等限制了它们的实际应用。通过构筑特殊结构的过渡金属氧化物可以在一定程度上使材料获得独特的性质,进而提高其电化学性能。与此同时,研究过渡金属氧化物的形成机理可以为了解和构筑特殊结构的材料提供新思路。本论文以过渡金属氧化物Co3O4作为研究对象,通过一系列改性手段制备具有不同结构的Co3O4电极材料以提高其储锂性能。通过非均相熔融盐方法设计合成CoOx@GCS（?）Co（GCS:Graphitic Carbon Sheet,石墨碳纳米片）负极材料,利用熔融盐的强极化力促使碳材料和钴基材料之间形成较强的键合作用。对该复合物的形成机理进行研究,并将该方法推广至其它过渡金属磷化物/碳复合材料的合成。探讨各组分和桥连键对钴氧化合物储锂性能的影响,实验及理论计算表明,桥连键的引入能够有效地提高电子的传输速率,使得复合物的倍率性能得到很大的提升。CoOx@GCS（?）Co表现出优异的锂离子储存性能,是单相Co3O4的5倍。在高电流密度10Ag-1的条件下充放电,其容量仍高达713mAhg-1。通过静电纺丝结合溶剂热方法,以poly（acrylonitrile）nanofibers（PAN NFs）作为模板和碳源,设计合成C-doped Co3O4 hollow nanofibers（HNFs）负极材料。采用相同的方法,在氨气的气氛下煅烧制备C/N co-doped Co3O4 HNFs。利用XPS,FT-IR,TG和TEM等测试验证了元素掺杂和空心结构的构筑。通过一系列对比实验,研究一维空心结构及掺杂的形成机理。DFT理论计算表明,碳掺杂会引起Co3O4的能带离域性变大,进而从本征上提高Co3O4的电子电导率。当碳和氮同时被引入Co3O4时,其能带离域性变得更大。以上两种非金属掺杂可以有效地提高材料的倍率性能;此外,空心结构可以缓解在充放电过程中所发生的体积膨胀,有效地提高材料的循环稳定性。通过对前驱体进行大尺寸草酸根离子掺杂以破坏材料结构的周期性,在经后处理煅烧得到由小于10 nm颗粒组成的C-doped Co3O4 HNTs。利用XPS,FT-IR,XRD和TEM等测试验证了元素掺杂,空心结构和小尺寸颗粒的构筑。通过对比实验,研究空心结构、掺杂和小尺寸的形成机理。小尺寸可以缩短锂离子的传输路径,提高锂离子的传输速率。DFT理论计算表明,碳的引入可以在局部产生内建电场,有利于锂离子的传输。以上优异的特性能够有效地提高材料的电化学性能。将所合成的材料组装成全电池测试,在1Ag-1的电流密度下循环1200次后,容量仍高达765 mAhg-1。通过具有层错的前驱体诱导合成刃型位错修饰的Co3O4纳米片,TEM等测试表明该纳米片暴露活性较高的{011}晶面。通过对比实验,探讨刃型位错的形成机理,并研究刃型位错及不同暴露晶面对氧化钴储锂性能的影响。实验发现,刃型位错的引入有利于缓解材料在充放电过程中的体积膨胀,并同时为锂离子的传输提供新的通道,从而使得材料的倍率性能和循环稳定性得到很大的提升。刃型位错修饰的Co3O4纳米片表现出优异的锂离子储存性能,在1 A g-1的电流密度循环200次后,容量仍高达1142mAh g-1,显著的优于无刃型位错修饰的Co3O4纳米片和暴露{112}晶面的纳米片。选用具有双羧基共轭结构的草酸钴离子作为插层离子,通过溶剂热方法构筑层间插有草酸钴离子的Co（OH）2纳米片。XRD,XPS,FT-IR,TEM等测试表明,草酸钴离子插层后的Co（OH）2层间距变大,纳米片表面出现纳米孔且发生晶格扭曲,有利于锂离子的传输,为充放电过程中所发生的体积膨胀提供缓冲空间。通过溶胶凝胶的方法制备了层间插有有机基团的Co（OH）2,经煅烧后处理得到相互堆垛的Co3O4纳米片。煅烧后部分有机基团在纳米片间得以保留,从而为构筑锂离子传输的二维纳米流体通道提供必要条件。SAXS,AFM,XPS,TEM等测试表明成功构筑二维纳米流体的。通过对比实验,探讨二维纳米流体通道的形成机理。该通道可以提高锂离子的传输速率,使得Co3O4的电化学性能得以大幅度提高。