目前,中国经济的快速发展很大程度上依赖化石燃料的消耗。然而,化石燃料的过度使用导致了诸如全球变暖和空气污染等环境问题。化石燃料属于不可再生能源,寻找清洁和可再生能源,以解决化石燃料带来的环境问题和确保可持续发展迫在眉睫。以锂离子电池提供动力的电动汽车具有替代传统内燃机,减少温室气体排放的潜力。锂离子电池具有循环寿命长和能量转化效率高等优势,在消费类电子设备、工业储能设备和电动汽车领域扮演重要角色。在追求电池高能量密度、高功率密度和长循环寿命等性能的同时,提高其安全性不可忽视。作为锂离子电池负极材料,钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)在1.55 V的嵌锂电位可以避免SEI膜形成和锂枝晶生长。同时,Li₄Ti₅O₁₂性质稳定,适用广泛;还具有价格低廉、环保友好等特点。但是,Li₄Ti₅O₁₂的锂离子扩散系数和电导率较低,限制了其倍率性能。构造纳米尺度的Li₄Ti₅O₁₂缩短电子和锂离子扩散距离并使用非碳材料进行复合提高电导率和锂离子扩散速率是一种非常有效的提高材料倍率性能手段。本文以提高Li₄Ti₅O₁₂的倍率性能为出发点,以纳米化为手段对Li₄Ti₅O₁₂材料进行研究。（1）使用溶胶凝胶法,以乙酸为络合剂制备Li₄Ti₅O₁₂纳米颗粒。在保持高物相纯度、良好结晶性的同时,通过络合剂延缓反应时间,使反应在分子级别进行,将样品粒径控制在40⁶0 nm。在电化学性能方面,络合剂的使用降低颗粒尺寸,进而利于锂离子和电子传输,提升Li₄Ti₅O₁₂的倍率性能和循环稳定性。0.1 C倍率下比容量为168 m Ah g-1,1 C倍率下循环100圈后容量为120.5 m Ah g-1。（2）使用水热法制备尺度在200³00 nm,厚度为30 nm的纯相Li₄Ti₅O₁₂纳米片;解释纳米片的形核长大机制;探究不同煅烧温度对Li₄Ti₅O₁₂纳米片形貌和电化学性能的影响。在600°C煅烧6 h得到的Li₄Ti₅O₁₂纳米片不仅结晶度高,同时形貌均匀,拥有最高的比容量和最佳倍率性能。这种分散、独立的纳米薄片结构缩短了锂离子和电子扩散路径,利于其快速传输。（3）以尿素为添加剂使用改进水热法制备尺寸范围在100³00 nm,具有八面体结构的纯相Li₄Ti₅O₁₂颗粒。XRD测试和FESEM表征表明添加质量比为5%的尿素能够促进形成物相纯度高、结晶性良好和粒径均匀的Li₄Ti₅O₁₂八面体,同时还会抑制颗粒的团聚现象。（4）以简单和廉价的水热法合成超薄Li₄Ti₅O₁₂和TiO₂条带交替组成的双相纳米片,阐释双相材料形成机制。通过精确控制原料中锂和钛的比例,调控条带宽度;探究不同配比对材料晶体结构、形貌、比表面积和电化学性能的影响。TiO₂条带在双相Li₄Ti₅O₁₂-TiO₂纳米片中充当通道作用,让电子和锂离子快速嵌入脱出Li₄Ti₅O₁₂能力,提升了导电率和锂离子扩散速率。这一方法为制造新一代非碳高安全和高倍率性能的负极材料提供了可能。