作为21世纪对科学技术起支柱性作用的能源产业,影响着我们生活的方方面面。而日益增长的能源需求同日渐枯竭的化石能源的矛盾渐渐激化,寻找化石能源的替代品迫在眉睫。其中电池是能源产业最核心的储能装置,其发展对科学技术进步起着举足轻重的作用。目前普遍使用的是已商业化的锂离子电池,但其面临着原材料储量不足、造价昂贵、安全性不高、工作条件局限且不稳定等诸多缺点。最重要的是,目前商业化的锂离子电池采用石墨作为负极材料,其能量密度较低,已经无法满足人们对高能量密度储能设备的需求。寻找高能量密度的负极材料或锂离子电池的替代品已经迫在眉睫。本论文通过研究水系锌离子电池正极材料,探索出一种高能量密度的有机无机杂化物。此外,针对锂离子电池能量密度较低的问题设计出一种由C与Si Ox包覆的中空Fe3O4纳米球,作为锂离子电池负极材料具有优异的电化学性能。具体研究内容如下:第一,本文研究了原位碳包覆的有机无机杂化物乙二醇氧钒（VEG）作为锌离子电池正极材料的电化学性能,并且通过原位XRD技术探索了其作为锌离子电池正极材料工作过程中的结构相变规律,系统性的研究了充放电过程中的反应机理。我们的研究结果表明经过碳包覆的乙二醇氧钒杂化材料具有高的离子电导率和电子电导率,表现出优异的电化学性能。在100 m A g-1的电流密度下能释放364 m A h g-1的可逆比容量,并且经过100次充放电循环之后,还能够保持近80%的可逆比容量。在大电流密度下充放电的过程中,乙二醇氧钒同样能表现很高的能量密度,并具有很好的循环稳定性。在2000m A g-1电流密度下充放电循环1000次,乙二醇氧钒能保持最高比容量的74%。在5000m A g-1电流密度下充放电循环2000次,其还能保持最高比容量的65%。在不同的电流密度下充放电循环,能表现出很好的倍率性能,远高于前人报道的研究结果。我们的研究工作表明,原位碳包覆的乙二醇氧钒作为锌离子电池正极材料具有很好的应用前景。第二,针对锂离子电池负极材料石墨存在能量密度较低的缺点,我们设计了Fe3O4@C/Si Ox中空纳米球结构材料。Fe3O4晶体结构为尖晶石结构,作为锂离子负极材料能表现出较高的比容量,且其氧化还原电位接近0.8 V,能有效避免其在嵌锂过程中锂枝晶的生成。然而,过渡金属氧化物在充放电过程中伴随着剧烈的体积涨缩问题,并且较低的离子电导率和电子电导率极大限制了其在新能源储能设备中的应用。中空纳米球结构材料的设计能有效缓解其充放电过程中伴随着的剧烈的体积涨缩问题,不仅有效稳定了电极材料的结构,并且C层能显著改善电极的离子电导率和电子电导率,增加电极材料的功率密度和能量密度。Si Ox层的包覆,能有效解决因C含量包覆过多所带来的比容量较低的问题。我们的研究结果显示,中空Fe3O4@C/Si Ox结构在作为锂离子电池负极材料能表现出优异的电化学性能。在电流密度为100 m A g-1的情况下,能释放1591m A h g-1的可逆比容量。且在1000 m A g-1的大电流密度下仍具有887.5 m A h g-1的可逆比容量。不同电流密度下充放电,Fe3O4@C/Si Ox负电极能够表现出很好的倍率性能。最后,我们利用不同电压扫速下的循环伏安特性图和电化学阻抗谱研究了Fe3O4@C/Si Ox负电极在充放电过程中的动力学表现特性,进一步证明了Fe3O4@C/Si Ox比Fe3O4具有更高的离子电导率和电子电导率。