能源短缺和环境污染是当今世界面临的两大难题,大力开发可再生能源和发展新能源汽车是解决这两大难题的有效途径,而高效的能量存储系统是实现这两个途径的关键。锂离子电池因其能量密度高,寿命长,环境友好的特点成为最受欢迎的能量存储系统。但随着锂离子电池的广泛应用,紧缺的锂资源势必会限制锂离子电池的可持续发展。地壳中钠资源丰富,因此与锂离子电池相近的钠离子电池也被人们关注。尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂,LTO)是目前安全性能极高,循环寿命超长的锂离子电池负极材料,同时也是性能良好的钠离子电池负极材料。但是Li₄Ti₅O₁₂的导电性差,严重影响其倍率容量,因此需要改性才能满足要求。本论文首先评估了不同方式改性的钛酸锂材料的结构特征和电化学特征,探究结构与性能之间的内在关系,然后研究简单高效的改性方法制备高性能的钛酸锂负极材料。主要研究结果如下:1、通过对六种改性钛酸锂的综合评测,系统研究了体相掺杂,表面改性和减小颗粒尺寸改性的钛酸锂的结构特征和储锂储钠的电化学特征。结果表明,无定形碳和碳纳米管包覆的钛酸锂具有优异的储锂性能,而纳米化钛酸锂材料具有更好的储钠性能。2、通过溶胶-凝胶法制备了Cr改性的钛酸锂材料,同时获得体相掺杂,表面包覆和尺寸减小的改性效果。结果表明,Cr³⁺在体相掺杂使部分的Ti4+转变成Ti³⁺,提高LTO的体相电子电导;Li₂CrO4在颗粒表面原位形成,提高电极材料的表面导电性;Li₂CrO4包覆和Cr掺杂共同抑制了LTO颗粒的长大,获得小的颗粒尺寸。这种协同改性效果使Li3.9Cr0.3Ti4.8O12具有优异的电化学性能,其在10C时的容量达到141 mAh g-1,1C循环1000次后还有155 mAh g-1。3、采用液相法制备了Cr₂O₃改性的Li₄Ti₅O₁₂负极材料。结果表明:采用碱性铬溶液能够获得纯的Cr₂O₃包覆的Li₄Ti₅O₁₂负极材料;Cr₂O₃能够增强Li₄Ti₅O₁₂颗粒间的连接,提供更多的电子传导通道,减小颗粒间的阻抗。此外,Cr₂O₃与Li形成的不可逆相Lix Cr₂O₃能够使Li7 Ti5O12稳定在Li₄Ti₅O₁₂颗粒表面。其中1%Cr₂O₃包覆的Li₄Ti₅O₁₂表现优异的倍率性能和低温性能,在10 C的容量为134 mAh g-1,在-20o C的容量为118 mAh g-1。4、采用聚醚类表面活性剂P123辅助水热法合成超薄的Li₄Ti₅O₁₂纳米片并研究了其储钠性能。结果表明:P123能够抑制Li₂TiO₃的长大,并且促进（Li1.81H0.91）Ti2O5?2H2O前驱体形成有序结构的纳米片。此外,P123还能抑制LTO纳米片的堆垛,使得纳米片的厚度为4 nm。这种超薄有序的LTO纳米片具有优异的储钠性能,在10 C的可逆容量达到115 mAh g-1。