硅基材料由于具有高化容量、相對較低的充放電平臺及儲量豐富等優(yōu)點(diǎn)，是目前負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)之一。在該研究方向上，斯坦福大學(xué)崔毅團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)突出，設(shè)計(jì)制備了核殼、空心硅納米球、中空硅納米管、硅納米線陣列等不同結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化了其電化學(xué)性能。

鍺擁有比硅更高的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散率，因此鍺是高功率鋰離子電池負(fù)極材料強(qiáng)有力的候選者。目前，研究人員嘗試制備各種鍺納米結(jié)構(gòu)材料以改進(jìn)其電極性能。韓國學(xué)者Park等獲得了零維的空心鍺納米顆粒以及三維的多孔鍺納米顆粒，顯示出較好的循環(huán)性能。

金屬錫作為鋰離子電池負(fù)極材料時的理論容量高達(dá)994 mAh/g，但其容量易迅速衰減、循環(huán)性能差。近年來研究人員開發(fā)出一系列納米顆粒、納米管、納米片、納米纖維、多孔結(jié)構(gòu)等多種形貌的錫氧化物的合成與制備方法，顯著改善了其循環(huán)性能和倍率性能。

二氧化鈦是有望替代石墨電極的鋰離子電池理想負(fù)極材料。近年來，研究人員圍繞不同形貌納米結(jié)構(gòu)的TiO₂負(fù)極材料進(jìn)行了大量的研究工作。新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文研究團(tuán)隊(duì)在該方向表現(xiàn)突出，通過將TiO₂和高導(dǎo)電性的石墨烯復(fù)合，獲得了具有較高的可逆比容量、優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能的復(fù)合材料。

氧化鐵由于其理論容量高、資源豐富、價格便宜等優(yōu)勢吸引了研究人員的極大關(guān)注。新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文研究團(tuán)隊(duì)對α-Fe₂O₃應(yīng)用于鋰電池負(fù)極材料進(jìn)行了大量研究，團(tuán)隊(duì)制備的α-Fe₂O₃納米管、α-Fe₂O₃納米盤，其中空和多孔的結(jié)構(gòu)一方面增加了儲鋰空間，提高了嵌鋰容量，另一方面對充放電過程中電極材料的體積變化均有緩解作用，從而顯示出較優(yōu)異的電化學(xué)性能。

石墨烯具有很高的楊氏模量和斷裂強(qiáng)度，同時還具有很高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率、優(yōu)異的電化學(xué)性能以及易功能化的表面，這些特點(diǎn)都使石墨烯成為鋰離子電池負(fù)極材料的首先研究材料。中國在該領(lǐng)域表現(xiàn)突出，主要研究機(jī)構(gòu)有南開大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中科院化學(xué)所、國家納米科學(xué)中心、中科院上海硅酸鹽所、上海大學(xué)、浙江大學(xué)等。

二維MoS₂納米片作為鋰離子電池負(fù)極材料時顯示了較高的電化學(xué)儲鋰容量和較好的循環(huán)性能。中國研究人員在該領(lǐng)域較為活躍，浙江大學(xué)陳衛(wèi)祥教授研究團(tuán)隊(duì)通過多種手段制備了MoS₂/石墨烯復(fù)合材料并用作鋰離子電池負(fù)極材料，不僅具有較高的可逆容量，而且其循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能也十分優(yōu)異。