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氧化锌（Zinc oxide,ZnO）作为重要的宽禁带半导体材料,具有常温发光、紫外吸收、生物杀菌、击穿电压及储锂容量高等优良特性,被广泛应用于半导体器件、光学玻璃、光电能量转换、电化学储能和光催化等诸多领域。作为储能材料,ZnO因其较高的储锂性能和离子迁移率被普遍用作锂离子电池（Lithium-Ion Batteries,LIBs）负极材料。锂离子电池因其较高的能量密度和较长的循环寿命成为高效储能转换设备的关键器件之一。在锂离子电池内部组件中,负极和隔膜是影响电池性能的两大重要组成部分,目前大量研究工作已经致力于开发新型负极材料及隔膜来提高电池的电学性能。在锂离子电池负极材料中,碳材料（石墨、硬碳、生物质碳）、金属氧化物、硅基材料的应用研究最为广泛。其中,石墨由于其较低成本和丰富储量成为目前最普遍使用的商业化负极材料,但其较低的理论容量(372 m A h g-1)一定程度上限制其发展与应用。生物质碳材料作为一种绿色能源,通过合理的内部结构设计,或将其与石墨制成复合碳基材料,可成为优异的锂离子甚至钠离子储能材料。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,不参与电池的电化学反应,起到为锂离子提供传输通道,避免正负极直接接触造成短路的作用。高性能隔膜对提高电池的安全和循环性能至关重要,目前商业上最普遍使用的隔膜是聚烯烃类隔膜,它具有良好的电子绝缘性和较低离子扩散电阻,但其电解质浸润性、热稳定性和力学性能有待改进,然而针对隔膜的改性研究相对较少。为提升锂离子电池的性能,本文主要考虑氧化锌和金刚石两种材料。ZnO作为锂离子电池负极时具有较高的理论储锂容量(978 m A h g-1)和离子扩散系数,但电池充放电过程中严重的体积膨胀导致其容量迅速衰减。然而,ZnO是一种多形貌和结构易于调控的本征半导体材料,通过合理的三维结构设计或与其他导电性较好的材料多相复合,可提高其作为锂离子电池负极的综合性能。作为一种重要的功能材料,纳米金刚石（Nanodiamonds,NDs）,特别是粒径尺寸在5-10 nm的爆轰法纳米金刚石具有独特的尺寸效应、化学惰性、低膨胀系数和良好的导热性等,其较高的锂离子吸附能力扩展其应用于锂离子电池,成为提升电池综合性能的潜在功能材料。本论文以纳米ZnO为基础研究材料,将其与生物多孔碳（Porous Carbon,PC）、硅（Silicon,Si）及NDs结合制备了一系列三维微纳米结构的复合材料来修饰锂离子电池负极和隔膜,达到提升电池容量和循环稳定性的作用。取得如下主要结果:1.利用水热法合成一种多孔碳包覆氧化锌和硅（ZnO-Si-PC）微纳米复合结构,用作锂离子电池负极材料,提升电池的电化学性能。多孔碳通过化学刻蚀向日葵茎髓制得,提高ZnO导电性并对其结构起到包覆保护作用。在ZnO-Si-PC的制备过程中,将氧化亚硅（Si O）粉末与PC添加到ZnO反应前驱体（Zn（OH）2）中,在180℃水热过程中,Si O发生歧化反应生成二氧化硅（Si O2）和Si,Si O2在碱性反应体系中被刻蚀,形成ZnO-Si-PC三维微纳米结构产物。将ZnO-Si-PC作为负极材料组装锂离子半电池进行电化学测试,实验结果表明,在0.2 C的恒倍率下循环300次,电池容量保持在934 m A h g-1;在2 C的高倍率下循环300次,容量仍能保持在547 m A h g-1,显著高于单独ZnO或石墨负极的容量。同时,该负极材料具有较高比表面积和离子扩散率,可提升锂离子的吸附和扩散能力。因此,这种通过边刻蚀边生长方式制备的三维微纳米结构ZnO-Si-PC复合材料可显著提升锂离子电池的综合电化学性能。2.采用水热法制备氧化锌/纳米金刚石（ZnO/ND）复合材料并研究其在大气中的结构演变过程。通过酸处理在NDs颗粒表面修饰含氧官能团,使其在水热制备过程中成为ZnO纳米棒的成核点,均匀分布在ZnO纳米棒内部。ZnO/ND复合纳米结构在一定湿度大气环境中,以硅片为基底,在NDs催化作用及水和二氧化碳（CO2）的参与下,经过一定时间后自发生长成内部ZnO、外部为碳酸锌（ZnCO3）渐变结构ZnO@ZnCO3复合纳米线,被还原的纳米锌颗粒包覆在纳米金刚石颗粒上,并均匀分散在ZnO@ZnCO3内部。碳膜为支撑基底时,三维结构ZnO/ND纳米棒直接分解为ND@Zn核壳结构纳米颗粒,这与碳膜基底从大气中吸附高浓度的CO2有关。实验进一步证明ZnO/ND纳米棒可降低大气中CO2浓度,提供了一种通过纳米金刚石辅助ZnO结构演变分解环境中CO2的新思路。3.采用含纳米金刚石的碳酸锌纳米线（NDs/ZnCO3）复合材料修饰锂离子电池聚丙烯（PP）隔膜,提升电池电化学性能。将制备的ZnO/ND悬浊液滴覆到商用PP隔膜上放置于大气中（两周）经过与H2O和CO2作用,形成NDs/ZnCO3复合纳米线修饰的PP隔膜,电解液接触角测试发现,改性后隔膜对电解液的浸润性显著提升。将修饰后隔膜应用于锂离子电池石墨负极,电化学测试结果表明,与传统PP隔膜相比,改性隔膜后电池容量和循环稳定性有显著提升,如在2 C倍率下循环1000次后,容量达910 m A h g-1,远高于未修饰隔膜的容量（500 m A h g-~1）。这种提升效果归因于隔膜上附着NDs颗粒对锂离子的吸附作用,及ZnCO3与Li+原位锂化形成Li2CO3膜作为缓冲层缓解大电流密度下过量Li+对石墨电极结构的冲击。同时,部分纳米金刚石和还原的锌颗粒嵌入石墨负极,诱导石墨电极向寡层石墨烯转变,致使电池容量增大,并出现递增的现象。设计新型多功能的复合纳米材料在电池储能领域具有重要的研究价值。本论文制备了一系列ZnO基复合纳米材料,包括ZnO-Si-PC,ZnO/ND纳米棒及在大气中与H2O、CO2相互作用形成的NDs/ZnCO3纳米线。将上述材料引入锂离子电池的负极及隔膜上,相对于传统商用石墨负极及高分子聚合物隔膜,电池容量和循环稳定性都具有大幅度提升。因此,本工作为ZnO材料在锂离子电池负极和隔膜领域的应用提出了新设计思路。