Li₄Ti₅O₁₂（LTO）由于具有突出的安全性能、优异的循环稳定性,而被认为是一种应用前景广阔的锂离子电池钛基负极材料。然而,LTO本身电子导电性差和锂离子扩散系数低,这两个缺点严重抑制了其电化学活性,并制约其在高功率锂离子电池中的应用与推广。rGO具有较好的导电性、TiO₂表面活性高且具有较高的比容量,采用rGO、TiO₂改性LTO,便于锂离子和电子在LTO中快速的嵌入/脱出,显著增强其电化学性能。此外,尺寸小、形貌规整的LTO可以为电化学反应提供充足的活性位点,且能加快锂离子和电子的传输速度。因此,为了进一步增强LTO的电化学性能,本文主要通过纳米结构的构筑、与rGO、TiO₂复合等途径对LTO进行改性研究。首先,我们采用溶剂热法成功地合成了Li₄Ti₅O₁₂2 quantum dots/rGO（LTO QDs/rGO）复合材料。首次将LTO以量子点（QDs）的形式均匀嵌入到二维的rGO纳米片结构中,利用了LTO量子点的超小颗粒尺寸和rGO的良好电子导电性,提供了更多LTO表面的活性位点可易于锂的嵌入,极大地促进了Li⁺和电子的迁移,进而增强材料的储锂能力。在1.0-2.5 V（vs.Li⁺/Li）的电压范围内,LTO QDs/rGO在1 C的倍率下具有188.9 mAh g^-1的可逆容量,即使在高倍率30 C的条件下,仍具有约156.1 mAh g^-1的可逆容量。LTO QDs/rGO复合材料将作为一种新型钛基材料在满足高功率能量存储的需要上具有巨大的发展潜力。另外,我们还首次在一缩二乙二醇-水复合溶剂体系中,采用简单的溶剂热、热处理方法成功合成了多孔二氧化钛修饰钛酸锂复合材料（LTO/TO-R）。将LTO/TO-R作为负极应用到锂离子电池时,由于TiO₂的理论比容量较高且相界面提供更多的活性位点,由此该材料展现出优异的电化学性能。在1.0-2.5 V（vs.Li⁺/Li）的电压范围下,该LTO/TO-R复合材料在1 C的倍率下具有177.5 mAh g^-1的可逆容量,且在高倍率30 C的条件下,仍具有约140.8 mAh g^-1的可逆容量。我们相信该LTO/TO-R复合材料将在新一代锂离子电池中具有广阔的应用前景。最后,在前期的基础上,以CTAB为结构导向剂,我们通过溶剂热、热处理的方法成功地合成出LTO/TiO₂-Rutile Nanosheets/rGO复合材料（LTO/TO-R NSs/rGO）。在1.0-2.5 V（vs.Li⁺/Li）的电压范围内,LTO/TO-R NSs/rGO在1 C的倍率下具有186.5 mAh g^-1的可逆容量,即使在高倍率30 C的条件下,仍具有约146.8 mAh g^-1的可逆容量。本部分采用了一种多相复合的策略,丰富的相界面与晶界可以存储额外的Li⁺,这会明显提升LTO的高倍率性能。LTO/TO-R NSs/rGO复合材料将作为一种高性能电极活性材料,在锂离子电池应用上具有巨大的市场价值。