锂离子电池是21世纪最具发展前景的绿色能源,具有工作电压高、循环寿命长和无记忆效应等优点,因此广泛应用于移动电话、手提电脑等便携式电子设备,以及纯电动汽车和混合动力汽车等领域。目前最成功的商业化负极是石墨等碳基材料,但是碳材料的氧化还原电位与金属锂相近,在反复充电和放电过程中容易产生锂枝晶而使电池的循环性能下降。此外,锂枝晶容易导致电池短路,造成严重的安全隐患。在众多负极材料中,尖晶石钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)得到了人们越来越多的关注。Li₄Ti₅O₁₂充放电平台较高（1.55 V vs Li⁺/Li）,可以有效避免锂枝晶的形成,因此具有较高的安全性。在脱/嵌锂的过程中,Li₄Ti₅O₁₂体积几乎不发生变化,表现出高循环可逆性,因此被称为“零应变”材料。然而,导电性差和锂离子扩散系数低的缺点限制了Li₄Ti₅O₁₂材料在大功率电池领域的应用。针对上述问题,本论文采用调控样品的结构和形貌以及与导电性碳材料复合等策略,达到提高Li₄Ti₅O₁₂电化学性能的目的。通过简单的水热法合成Li₄Ti₅O₁₂纳米片,然后引入碳源并在氩气中煅烧以获得碳包覆的Li₄Ti₅O₁₂复合物。实验探究了煅烧温度和碳源对样品形貌和电化学性能的影响。当以L-半胱氨酸为碳源、煅烧温度为600°C时,在加热碳化的过程中形成的Ti-C键改变了晶格面的取向生长,使Li₄Ti₅O₁₂由纳米片转化为纳米粒子,同时形成了氮、硫原子共掺杂的碳层包覆在材料表面,得到LTO/NSC复合物。氮、硫原子共掺杂的碳层有利于缩短电子传输路径、提高材料的储锂性能。此外,它还能有效地避免纳米粒子团聚,使材料结构更加稳定,该结论通过拆解循环后电池的SEM测试得到验证。与LTO纳米片相比,LTO/NSC纳米粒子电化学性能显著提高,表现出高比容量(0.1 C倍率下放电比容量为183 mAh g^-1),优异的倍率性能(10 C倍率下放电比容量为122 mAh g^-1)和稳定的循环性能（1 C倍率下循环200圈容量保留率为96.3%）。CV和EIS测试结果也反映了材料优异的动力学性能。碳材料是锂离子电池电极改性的常用材料,但是关于碳量子点修饰电极材料的报道仍然较少。碳量子点（CQDs）尺寸小、比表面积大,有利于提升主体材料比表面积。当掺杂杂原子时能在碳量子点表面产生缺陷,促进锂离子扩散和进一步提高材料的导电性。因此,我们以赖氨酸为碳源,通过微波法制备了氮原子掺杂的碳量子点。然后通过溶剂热反应和氩气/氢气条件煅烧使碳量子点负载在Li₄Ti₅O₁₂纳米片表面,得到LTO/CQDs复合材料。实验探究了碳量子点的负载量对电极性能的影响,当负载量为4.2 wt.%时,LTO/CQDs复合材料表现出高比容量(0.1 C倍率下放电比容量为186.1 mAh g^-1),优异的倍率性能(10 C倍率下放电比容量为102.8 mAh g^-1),稳定的循环性能（1 C倍率下循环100圈容量保留率为97.6%,500圈容量保留率为86.3%）。此外,通过CV和EIS测试验证了其优异的界面动力学性能。