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基于钛酸锂具备了下一代锂离子电池所必需的充电次数更多、充放电过程更快、更安全的特性，钛氧基化合物作为锂离子电池负极材料引起了广泛的关注，特别是尖晶石结构钛酸锂(Li4Ti5O12)。这主要是由于钛酸锂自身的独特优势:钛酸锂的理论比容量为175 mAh g-1，实际比容量可达150-160 mAh g-1;其工作电势比金属锂高(1.55 Vvs.Li/Li+)，不易析出锂枝晶、更安全;Li+嵌入或脱出对钛酸锂的结构几乎没有影响（体积变化＜1％），属于“零应变材料”，从而避免了充放电循环中由于电极材料的来回伸缩而导致的结构破坏，因此循环性能优异。此外，在25℃下钛酸锂的离子扩散系数比碳负极材料大一个数量级（2×10-8 cm2 s-1）。但是，钛酸锂的电子导电率较低(＜10-13 S cm-1)，导致其较差的倍率性能，特别是在高倍率下工作时，比容量衰减迅速，严重地阻碍了钛酸锂在锂离子动力电池中的实际应用。针对这一不足，本论文通过引入高导电性的石墨烯纳米片来构筑新型钛酸锂/石墨烯复合材料，不仅提高了钛酸锂的电导率，而且丰富了电化学活性位，从而改善其电化学性能。主要工作如下: (1)利用液相回流将TiO2纳米颗粒负载于GO纳米片上，然后通过TiO2/GO与LiOH的水热反应及随后的热处理过程，创新地制备了介孔单晶钛酸锂/rGO复合材料。其中，Li4Ti5O12介孔单晶纳米颗粒的直径约为30-60 nm，复合材料的比表面积高达43.2m2 g-1，并且具有丰富的介孔结构。作为锂离子电池负极材料，表现出优异的电化学性能:在0.5C时，比容量高达171 mAh g-1，接近钛酸锂的理论容量;在40C时，比容量仍保持132 mAh g-1;并且在10C下连续充放电2000次后比容量仍能保持初始容量的85％。该复合材料优异的电化学性能主要归于钛酸锂的介孔单晶结构以及其与rGO之间的耦合协同作用。 (2)利用葡萄糖作为分散剂及粘结剂，通过水热及随后的焙烧过程，在rGO表面原位生长了分散性良好的Li4Ti5O12纳米颗粒。其中，Li4Ti5O12纳米颗粒晶粒径约10-15nm，并且钛酸锂纳米颗粒牢固的“粘结”在rGO纳米片上，显著增强了钛酸锂纳米晶的分散，加快了电子传输速率。用作锂离子电池负极材料时展现出良好电化学性能:在0.1Ag-1的低电流密度下可逆比容量为160 mAh g-1，在5Ag-1的高电流密度下比容量达100 mAh g-1;在2Ag-1下连续充放电500次后比容量仍能保持初始容量的88.7％。