日益增加的能源消耗和由此所带来的环境问题受到越来越多人的关注。人类对于绿色能源的需求也变得越发迫切。近十年来,锂离子电池技术发展迅猛,跃成为当今社会最主要的能量储存与转化的新能源技术之一。负极材料作为锂离子电池中一个很重要的组成部分,其性能的好坏直接决定了锂离子电池性能的优劣。TiO₂是一种含钛类锂离子负极材料,具有容量高、资源丰富、环境友好、结构稳定性好、安全性能高等优点,是极具潜力的新一代锂离子电池负极材料。然而TiO₂电子导电率低(10-12~10-7 s·cm-1),且在Li+嵌入TiO₂晶格后,难以在晶格表面形成有效电场,Li+不能顺利地脱出,锂离子扩散速率也随之降低(10-15~10-9cm2·s-1),所以大倍率充放电时实际比容量并不高。同样作为含钛类锂电负极材料的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂属于绝缘型材料,电子导电率和离子扩散速率都非常低。当作为电极材料时,往往出现较大的极化,倍率性能差。针对TiO₂和Li₄Ti₅O₁₂存在的以上问题,本文采用水热合成法、微乳液辅助水热法、离子参杂法等方式对TiO₂纳米结构进行制备和改性,具体研究结果如下:(1)用水热法制备出TiO₂纳米颗粒,再二次运用水热法将制备好的TiO₂纳米颗粒与不同浓度的NaOH/KOH溶液反应,通过调节反应温度和反应时间获得不同形貌的TiO₂纳米结构。电化学测试表明,锐钛矿型Ti02纳米颗粒较其他四种TiO₂的纳米结构(纳米管,纳米线,纳米片,纳米棒)相比,具有较高的首次放电容量,可达260.5 mAh·g-1;电压平台稳定且较长;容量保留率高,在20 mA·g-1的电流密度下放电时,50次循环后容量仍可达200.9mAg·g-1。TiO₂纳米颗粒的交流阻抗也是这五种TiO₂纳米结构中最小的,仅为40.5Ω。(2)由于TiO₂纳米颗粒是这五种TiO₂纳米结构中综合电化学性能最优的,在水热法制备TiO₂纳米颗粒的基础上,加入七水硫酸亚铁作为铁源,制备出了Fe掺杂的TiO₂纳米颗粒。通过控制七水硫酸亚铁的加入量,制备了Fe/Ti摩尔比分别为0.001,0.005,0.01,0.02的Fe/TiO₂纳米颗粒。电化学性能测试表明,Fe掺杂的TiO₂纳米颗粒在可逆容量、倍率性能和循环稳定性方面要明显优于纯Ti02纳米颗粒。在四种不同掺Fe量的TiO₂纳米颗粒中,Fe/Ti摩尔比为0.01的样品其综合电化学性能最优。(3)TiO₂和Li₄Ti₅O₁₂都是含钛类锂离子电池负极材料。本文继续采用水热法辅助微乳液合成了被锐钛矿型TiO₂包覆的Li₄Ti₅O₁₂纳米棒材料,并具体分析了该种材料的生长机理。电化学性能测试表明,在电流密度为0.0175 A·g-1时,TiO₂/Li₄Ti₅O₁₂复合材料的可逆容量可达209.1 mAh·h-1即使电流密度达到7A·g-1,容量也能达到102.9 mAh·g-1,比纯Li₄Ti₅O₁₂要高得多(52mAh·g-1),且在电流密度为1.75 A·g-1下,经过50次循环后还能保持初始容量的96%,这些结果都表明在Li₄Ti₅O₁₂上包覆一层锐钛矿型TiO₂大大提升了Li₄Ti₅O₁₂的可逆容量,倍率性能和电化学可逆性。