作为锂离子电池新型负极材料的钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)较高的嵌锂电位较高（1.55V,相对于Li/Li⁺）,循环性能优异,电压平台平稳高等诸多优点,可以用来提升现阶段锂离子电池的倍率与安全性能,具有十分良好的发展前景。然而,Li₄Ti₅O₁₂材料存在较大的本征缺陷,较低的导电率和锂离子扩散系数严重抑制了其电化学性能的发挥,从而阻碍了它的实际应用。减小粒径尺寸离子掺杂、复合碳材料等方法被广泛用来改善钛酸锂负极材料倍率性能。采用碳材料与纳米尺寸钛酸锂形成的复合材料,能够显著提升钛酸锂材料的倍率性能。具有优异导电性和独特二维纳米结构的石墨烯被认为是对Li₄Ti₅O₁₂进行改性的理想材料。但是需要对Li₄Ti₅O₁₂和石墨烯的复合方式进行精确调控,以最大程度提高复合电极材料中电子和离子的传输速率。本论文选择纳米片状钛酸锂和氧化石墨烯为原材料,通过真空抽滤和喷雾干燥方法,分别制备得到了具有层状结构和多孔微球结构的钛酸锂/石墨烯复合电极材料,并对其电化学性能进行了系统。具体内容如下:第一采用溶剂热法制备了钛酸锂前驱体纳米片,随后利用静电吸引、真空抽滤和高温退火等方法制备了自支撑的钛酸锂纳米片/石墨烯自支撑薄膜电极。考虑到同维材料结合紧密,二维的钛酸锂纳米片可以散布在石墨烯的片层之间,构成了一种类三明治结构,能够极大程度克服石墨烯片层的团聚;同时石墨烯片层在该结构中不但充当了导电介质,还提供了支撑作用。电化学结果表明,自支撑具备较好的倍率性能。在20C的大倍率下,该自支撑电极能够保持130 mAh·g^-1的比容量。但复合组分间较为紧密的堆叠并不利于锂离子的传导,有必要对其结构进行进一步的优化。第二部分针对上述工作存在的问题,采用喷雾干燥法制备了具有多孔结构的钛酸锂纳米片/石墨烯复合微球。相比于其它文献报道的钛酸锂颗粒/石墨烯复合材料,这种多孔钛酸锂纳米片/石墨烯复合微球材料能够保证电解液更好地渗入到材料内部。石墨烯在微球内部相互连接形成了高效的三维导电网路,同时其与钛酸锂纳米片相互交叠,确保了复合电极材料的结构稳定性。电化学测试数据表明,这种材料具备优异的倍率性能与循环稳定性。在50C的大倍率下,这种多孔钛酸锂纳米片/石墨烯复合微球组成的电极可以有125 mAh·g^-1的比容量;在20C的大电流密度下进行充放电循环1000次后,容量保持率仍可高达88.1%。随后又对复合材料中的石墨烯与钛酸锂的比例进行了调控,测试结果表明石墨烯的含量对材料的微观形貌具有较大的影响。电化学测试数据表明,当氧化石墨烯的质量分数为10%时,复合材料的倍率性能最好,在50C的大倍率下可以有132mAh·g^-1的可逆容量。随后又采用不同的碳源进行喷雾干燥与后处理来制备钛酸锂纳米片-碳复合材料。电化学结果表明,与葡萄糖、碳纳米管相比,采用氧化石墨烯复合材料的容量保持率最高。