随着人们对能源的需求日益增大以及传统化石能源燃烧带来的环境污染问题,寻找和开发高性能的电化学储能设备以高效利用新能源迫在眉睫。锂离子电容器因同时具有超级电容器高功率密度和锂离子电池高能量密度的优点成为了当下的研究热点。影响锂离子电容器性能的关键是能否改善由于正负极材料储能机理不同所造成的反应动力学不匹配问题。为缩小正负极之间的反应动力学差距,开发合适的负极材料,提高负极反应动力学至关重要。在众多负极材料中,钛基氧化物因循环稳定性好、倍率性能优异、安全性高和成本低等优点备受关注,但其本征电导率低和锂离子扩散能力差大大限制了负极动力学的提升。本文旨在通过形貌调控、氧空位改性和与还原氧化石墨烯复合的方法改善钛基氧化物的电化学性能。主要研究内容如下:（1）通过静电纺丝及退火处理的方法制备了具有特殊形貌结构的FeTi₂O₅材料。通过形貌结构表征和电化学性能测试分析了结构与性能之间的关系:颗粒尺寸小,能够缩短离子传输距离,增大锂离子扩散系数;纳米链结构有利于电子和离子的定向传输,增强导电性和离子传输性能;纳米链连成的3D网络状结构不仅有利于电子传导,增强导电性,还能避免团聚造成容量衰减。因此FeTi₂O₅电极材料电化学性能优异,并且所组装的FeTi₂O₅//SCCB器件的最高能量密度可达到112 Wh kg^-1,最高功率密度可达到11250 W kg^-1。（2）采用静电纺丝及退火处理的方法制备了TiNb₂O_7-x材料,通过HRTEM和XPS表征分析证明了TiNb₂O_7-x中氧空位的存在。通过电化学测试证明了氧空位的存在不仅在一定程度上提高了导电率,也为锂离子存储提供了更多的活性位点。此外,电极材料的链状结构有利于电子和离子的定向传输,增强了导电性和离子传输性能。因此,与不含氧空位的其他铌酸钛材料相比,TiNb₂O_7-x电极材料表现出更优异的倍率性能、更高的比容量和较好的循环稳定性,在1.0 A g^-1的电流密度下充放电循环2000圈后,其放电比容量保持率为91.5%。TiNb₂O_7-x//SCCB电化学性能优异,该器件能得到的最大能量密度为114 Wh kg^-1,最高功率密度为22502.4 W kg^-1,超过了已报道的绝大多数同类材料电化学性能。（3）首先采用简便的水热法制备了洛神花状的Zn₂Ti₃O₈纳米材料,然后再利用冷冻干燥及热还原处理成功构建了Zn₂Ti₃O₈与还原氧化石墨烯两相之间的紧密界面,制得了Zn₂Ti₃O₈/rGO纳米复合材料。通过SEM、TEM、XPS等表征方法对其形貌和结构进行了详细的分析,并通过电化学测试和计算进一步探究了结构与性能之间的构效关系。通过对比单体与复合物的电化学性能,发现与还原氧化石墨烯复合后,不仅能增加比表面积,增大电解液的浸润性,提供更多的储锂位点,还能通过互相支撑形成3D导电网络,增强导电性,同时避免电极材料的团聚,提高循环稳定性。Zn₂Ti₃O₈/rGO//SCCB器件的最大能量密度为204 Wh kg^-1,最高功率密度为67500 W kg^-1,在同类电极材料中处于领先地位。