锂离子电池因具有高的能量密度、长的循环寿命等优点,在电动汽车和电网储能上被用作能源存储和转换器件,显示出广阔的应用前景。但是,锂离子电池的这种大规模的应用对其功率密度和安全性提出了更高的要求,现阶段以石墨为主的负极材料很难满足这种需求。因此,科研工作者们积极开发新的负极材料,其中钛酸锂材料因其高的安全性和长的循环寿命成为取代石墨的最好选择。本硕士论文主要针对钛酸锂及复合材料的合成和制备进行了研究,以改善其电化学性能。论文的第一章回顾了锂离子电池的发展历史,介绍了锂离子电池的结构、工作原理和常见的电极材料,重点概述了钛酸锂材料的研究进展,提出了本论文的选题意义。在第二章中,主要介绍了材料合成过程中使用到的药品和仪器,并对材料形貌和结构表征设备、扣式电池的组装流程及电化学性能测试方法进行了详细的阐述。在第三章中,通过一个碳的预包覆过程后,原位固相反应合成了均匀形貌的Li4Ti5O12/石墨烯复合电极材料。它的微观结构与性能与同样方法合成的未经预包覆过程的Li4Ti5O12/石墨烯复合材料作了对比,结果表明碳包覆不仅能有效限制钛酸锂颗粒的团聚,而且促进了钛酸锂颗粒和石墨烯片层间的结合。新方法合成的钛酸锂/石墨烯复合材料表现出良好的倍率性能和低温性能：在120C下放电的容量仍有136mAh/g；在-10℃和-20℃下进行充放电循环时的可逆容量分别为149和102mAh/g。在第四章中,作者深入研究了碳的形貌和结构对碳包覆的钛酸锂材料电化学性能的影响。通过相似的固相反应法,在不同的阶段进行碳包覆,获得了三种具有不同形貌和结构的碳的碳包覆Li4Ti5012复合材料,并运用电子显微镜和拉曼光谱等对碳的结构和形貌进行了表征,详细考察了不同类型的碳层对复合材料的储锂能力和倍率性能的影响。结果表明：多孔的均匀碳层既促进了电子传导又有利于锂离子的快速扩散,因此相应的复合材料具有极好的电化学性能。在0.2C下的首次可逆容量为171mAh/g，30C下循环的可逆容量仍有82mAh/g；在5C的电流下充放电循环300次后,容量无明显衰减,循环性能和倍率性能出色。在第五章中,以聚醚表面活性剂作为辅助剂,用水热法合成了具有波纹形态的纳米片状钛酸锂材料。该材料表现出极好的倍率性能和循环性能,在64C时的可逆容量高达130mAh/g,在8C的电流下充放电循环400次后,容量保持率为95.6%。在论文第六章中,对本论文的结论和创新之处进行了总结,分析了论文的不足之处,并对未来工作提出了展望。