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锂离子电池由于体积小、循环寿命长、能量密度高、安全无毒等优点被广泛应用于电子产品如手机、数码相机、笔记本电脑和电动池车中。商业化的锂离子电池以碳材料为负极材料,由于碳材料工作平台较低(～0.1 VvsLi+/Li),容易形成锂枝晶导致短路,需要寻找安全性更好容量更高的负极材料。尖晶石型Li4Ti5O12由于其较宽的工作电压平台(1.55 VvsLi+/Li),能够有效避免锂枝晶的沉积,安全性更高,同时充放电过程中体积形变几乎为零,具有稳定的电化学性质,是可以替代碳材料的理想负极材料。但是Li4Ti5012较低的理论比容量(175mAhg-1)、较小的电导率＜1(-13Scm-1)和锂离子扩散系数(10-14-10-17cm2s-1)严重影响了其进一步大规模应用。我们通过水热法成功制备得到Li4Ti5012-Ti02多孔纳米片阵列,通过引入Ti02有效提高了整个电极的电化学性能。在200mAg-1的电流密度下,初始比容量高达184.6mAhg-1,在1 Ag-1电流密度下循环1000圈后容量衰减仅有8.3%。同时我们成功制备得到了具有夹层结构的Ti02@Zn0纳米阵列材料,这种材料具有内部相互交错的多孔结构,具有相比于纯相TiO2和ZnO电极更好的电化学性能。在200 mA g-1电流密度下100圈循环之后其比容量高达340.2 mAh g-1,在电流密度高达1600 mA g-1的情况下其比容量仍然保持为205.2 mAh g-1。由于锂离子电池功率密度较低,无法实现快速充放电。锂离子超级电容器能够将锂离子电池的高能量密度与超级电容器的高功率密度结合起来,是一种高功率密度和高能量密度兼具的新型储能器件。我们成功制备得到N-CNTs和具有相互连通结构的分层多级RLTO纳米阵列。RLTO纳米片阵列分层多级的三维连通结构为锂离子的扩散和电子的传输提供了开放的通道,并且这种稳固的相互连通结构能够有效缓解纳米材料的团聚。从晶体结构方面来说,RLTO复合材料中LTO暴露的(011)晶面和金红石相Ti02暴露的(001)晶面为锂离子提供了有效的扩散通道,因此RLTO电极具有极好的电化学性能,30 C倍率下可逆比容量依然达到142.9 mAh g-1,并且在循环3000圈后还能保持初始容量的92.3%。同时,RLTO负极能够与高表面积的N-CNT正极很好的匹配,并且具有理想的电化学性能,在功率密度为300 W kg-1时具有74.85 Wh kg-1的能量密度。由于锂离子电池能量密度(150-260 Whkg-1)有限,无法满足当今急剧增长的能量需求尤其是在动力汽车领域方面的应用。锂硫电池作为新一代储能电池,由于其超高的理论能量密度(2600Whkg-1)和比容量(1600mAhg-1)而受到极大关注。我们制备得到了具有内部相互连接框架结构的石墨烯修饰的Ti02-S(GTS)并作为锂硫电池正极材料。这种多孔Ti02的分层多级片球结构为硫纳米颗粒的体积形变提供了充足的空间,从而极大提高了硫的利用率。通过石墨烯的进一步修饰,不仅提高了整个材料的导电性,同时也为锂离子的传输和电子的快速转移提供了通道,确保了电极优异的循环性能和较高的库仑效率。另外,GTS样品中硫与石墨烯之间的C-S化学键能够有效限制多硫化物的脱离和溶解,进一步促进电池的循环性能。在5 C倍率下,GTS电极容量高达660mAhg-1,1C倍率下连续进行400圈充放电测试,发现循环之后的GTS电极比容量高达732 mAh g-1,依然具有83%的初始容量,单圈容量损失率仅有0.04%。锂资源的紧缺严重限制了锂离子电池的进一步大规模应用。钠离子电池作为替代锂离子电池的有力候选者之一,具有成本低和储量丰富的特点,引起了人们的极大关注。我们成功制备得到纳米颗粒组装而成的Li4Ti5012-Ti02(SLTO)纳米线阵列并被用于钠离子电池负极。SLTO电极在钠离子电池中表现出了良好的倍率性能(15 C倍率下容量为92.4 mAhg-1),与以Na3V2(PO4)3为正极材料的钠离子全电池在4 C倍率下循环200圈后仍能保持90.1 mAh g-1的比容量,容量衰减非常小,当功率密度为312 W kg-1时,能量密度也高达136.5 Wh kg-1。