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锂离子电池作为一种高性能化学电源，在小型电器设备中有着举足轻重的地位，同时也是电动车(EV)和混合电动汽车(HEV)优先选择的动力电源。近年，由于EV和HEV的迅速发展，要求锂离子电池在功率密度、能量密度、长循环稳定性及安全性等方面需要进一步提高，需要对电极材料进一步开发研究。本文主要针对锂离子电池负极材料钛酸锂(Li4Ti5O12)进行研究，Li4Ti5O12(LTO)具有很好的充放电平台，在充放电过程中结构稳定，有很好的可逆性、循环稳定性及安全性，但由于其导电性差、离子扩散系数小，导致在高倍率充放电时极化大比容量低。针对其自身的缺点，本论文重在对LTO进行改性研究。采用球磨固相法在LTO前躯体内引入一元导电剂乙炔黑(AB)和二元导电剂乙炔黑/多壁碳纳米管(MWCNTs)，煅烧合成LTO时可以有效地减小颗粒的粒度，使颗粒分部均匀，经电化学测试，均表现出较好的倍率性能和循环可逆性。特别是LTO/AB/MWCNTs复合材料，MWCNTs与LTO形成嵌入式结构，与LTO颗粒外导电剂AB协同作用，改变材料的导电途径，有效的增加了材料的导电维度，经与纯相LTO和LTO/AB材料相比具有很好的导电性和优异的电化学性能，20C倍率放电比容量为116.3mAh/g。在2C倍率时，经过1000次循环后比容量保持在161.1mAh/g，只有4.8%的容量损失。通过溶胶-凝胶法和溶胶水热法制备LTO/C纳米复合材料，该结构体系不仅改善材料的导电性，而且缩短了电荷的扩散路径，有效地改变了LTO的电化学性质。溶胶-凝胶法制备的LTO/C复合材料在10C、20C、40C倍率下比容量分别为141mAh/g、132mAh/g、108mAh/g，10C倍率和20C倍率下经500次循环后容量保持率在97.3%和92.5%。溶胶水热法制备的微米球LTO/C纳米复合材料，10C、20C倍率时比容量为146.3mAh/g、127.8mAh/g，5C倍率比容量为152.4mAh/g，经1000次循环比容量保持率为96.4%。利用具有二维结构的导电剂石墨烯(GNs)与LTO复合，制备了LTO/GNs纳米结构的复合材料，5C倍率初始脱锂容量为139.1mAh/g，500次循环后比容量为133.4mAh/g，1000次循环后比容量为115.6mAh/g；另外氧化石墨烯与乙二胺水热反应后再与LTO复合，生成LTO/NC/GNs复合材料更好地改善电极材料的反应动力学性能，表现出比LTO/GNs更好的电化学性能，从初始的嵌锂容量为144.9mAh/g，500次循环后容量为140mAh/g，1000次循环后比容量为120.5mAh/g。