锂离子电池因为其能量密度大,开路电压高,自放电率低,对环境友好且使用寿命长自商业化以来一直受到人们的关注,但是传统的碳基负极材料在安全方面存在隐患并且能量密度较低,为此研究者们一直在寻找能够替代传统碳负极材料的锂离子电池材料。TiO2作为光催化材料被发现以来,其作为锂离子电池负极材料同样也具有理想的性能,其较高的充放电电压平台使其表面不易形成锂晶枝,从而比碳基负极材料具有更高的安全性。同时,TiO2具有比其它金属氧化物更好的电化学稳定性,并且地球上钛含量丰富,因此可以进行大规模生产。针对TiO2作为负极材料还存在的一些问题,本论文从如下三方面进行了深入研究:1.我们通过水热法制备出了纳米棒状TiO2介孔微球,并且以柠檬酸作为碳源,成功将无定形碳材料均匀沉积在了TiO2介孔微球上,一方面提高了其导电性,另一方面碳材料作为力学性能非常理想的缓冲材料能够防止TiO2纳米棒状介孔微球在充放电过程中粉化,从而保证了其优异的电化学循环性能和倍率性能。将这种碳包覆的TiO2材料与商业化的纳米尺寸为25nm的锐钛矿相TiO2进行性能比较发现其具有更好的倍率性能和循环性能。2.我们以上述具有特殊形貌的TiO2为前驱物,分别以不同的Li/Ti比例同Li2CO3进行高温固相反应制备得到纯相的钛酸锂(Li4Ti5O12)以及Li4Ti5O12与金红石型Ti02的复合材料。Li4Ti5O12作为当今最有可能商业化的负极材料一直是人们研究的热点,其稳定的电化学特性,较宽的充放电电压平台,并且其体积在充放电过程中几乎不发生改变。为了解决其较低的理论容量(175mAh/g)和锂离子扩散系数的问题,我们将其与较高理论容量的金红石型TiO2(335mAh/g)进行复合,同时与葡萄糖均匀混合并进行水热反应,最后在N2气氛中煅烧后得到碳包覆的Li4Ti5O12/金红石型TiO2的复合材料。当Li/Ti比为4:5时制备得到的Li4Ti5012/金红石型TiO2复合材料具有最理想的电化学性能。3.我们利用TiO2较为理想的电化学稳定性,通过水热法将Fe2O3纳米棒沉积在TiO2纳米片阵列上,Fe2O3理论容量高,价格便宜,对环境无污染,同样是一种理想的负极材料,但是由于其在充放电过程中体积容易发生较大变化,严重影响了其电化学稳定性。因此我们通过制备得到TiO2@Fe2O3复合阵列材料,可以很好地将TiO2的电化学稳定性和Fe2O3的高比容量结合起来,并且通过二者的协同作用,使TiO2@Fe2O3纳米复合阵列体现出良好的电化学性能。