锂离子电池作为新型的能量储存和转化器件,一直都是新能源方向的研发热点。由于在充放电过程中具有电压平台稳定和“零应变”的特性,钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)被认为是一种安全稳定的锂离子电池负极材料。但是,因其本身较低的理论容量(175 m Ah·g-1)、电子电导率以及离子电导率,使得其高倍率循环稳定性差,极化严重,阻碍了其进一步大规模应用。基于此,本课题主要通过引入氧空位以及原位构建异质结构的方法对LTO进行改性,以达到提升电子电导率和改善高倍率性能的目的。主要研究内容如下:（1）首先,通过在Ar/H2（5%）下的退火还原处理将氧空位引入到商业化的LTO内部。含氧空位的LTO表现出比H2处理前样品更好的性能,尤其是在较大电流密度下。密度泛函理论计算结果表明,增加氧空位浓度可以提高锂离子的电子导电性,降低锂离子的扩散势垒,从而加快充放电动力学过程,从而提高倍率性能。退火处理后富含氧空位的LTO（HLTO）表现出比原始LTO更为优异的高倍率性能,在30 C的大电流密度下,可逆容量为85.1 m Ah·g-1,而LTO仅为59.9 m Ah·g-1。在20 C的长循环测试中,HLTO也表现出比LTO更高的可逆容量。（2）之后,通过静电纺丝制作出了含钛酸异丙酯和醋酸锂的纳米纤维前驱体,随后进行退火处理,通过调控钛源和锂源的比例,原位制备了物相可调的Li4Ti5O12/金红石Ti O2（LTO/RT）异质纳米棒。密度泛函理论计算表明,LTO/RT异质结构不仅能增强对锂原子的吸附,降低锂原子的扩散势垒,还能促进界面上的电子转移。与无异质结构的LTO和RT相比,LTO/RT具有更小的电荷转移电阻和更快的Li+迁移。因此,LTO/RT表现出优异的储锂性能,在1 C下循环200次后容量仍保持为160.3 m Ah·g-1;在10 C下循环500次后容量为125.5 m Ah·g-1;在30 C下循环1000次后容量保持率高达90.3%,明显优于无异质结构的纯LTO、RT和商用LTO产品。