锂离子电池因其较高的能量密度和良好的循环稳定性能已在移动电子设备、动力汽车和智能电网储能端等领域得到广泛应用。负极材料是关乎锂离子全电池性能的重要因素之一,但随着上述设备对锂离子电池的续航能力和充电时间要求的进一步提高,现阶段的商业化的石墨类碳负极材料已经无法满足需求。铌酸钛(Ti2Nb10029,TNO)具有较高的理论比容量;在锂离子的脱嵌过程中晶胞体积变化很小,可逆性较高;是一种颇具应用前景的新型功率型负极材料。然而其本征低的离子和电子电导率限制了其电化学性能提高。本文以改善TNO的反应动力学为目的,通过三维导电骨架构建、纳米化和碳包覆等手段对其进行改性研究。论文首先以电泳法制备的碳布碳纤维阵列(CC/CNFs)为导电骨架,采用溶剂热法构建了 CNF核和Ti2Nb10029壳的CNFs/TNO核壳纳米线阵列。得益于高导电性CC/CNFs三维交织骨架和纳米多孔的TNO薄膜,这种独特的核壳阵列设计成功地提高了 TNO的导电性和结构稳定性,改善了 TNO的高倍率性能。该薄膜电极可以在超高倍率80C下达到182 mAh g-1的比容量,并能够在10C的大电流密度下循环1000次后保持192 mAh g-1的可逆容量,展现出了良好的电化学性能。通过简单的ZIF-8包覆膜的原位热解,在TNO多孔微球及其次级颗粒表面均匀可控地构建了一层氮掺杂碳包覆层。ZIF-8原位热解的氮掺杂碳膜构成了有利于电子传输的三维导电网络骨架,改善了 TNO的导电性。包覆在TNO前驱体微球表面的ZIF-8薄膜在原位热解的过程中有效地限制了内部TNO次级颗粒的长大,使得锂离子脱嵌等电化学过程大都限制在有限纳米尺度的三维TNO纳米颗粒上,显著缩减了锂离子扩散距离。TNO@NPC负极材料表现出独特的分级结构,优异的高倍率性能,在20C的倍率下有226mAhg-1的比容量。循环伏安测试及交流阻抗谱分析可以看出包覆后材料的极化程度明显降低,表现出良好的动力学性能。另外,通过与磷酸铁锂(LiFePO4)对电极匹配,进一步探究了该负极材料在全电池中的倍率和循环性能。其中TNO@NPC//LFP固态电池在5C下达到212 mAh g-1的比容量,并能够在5C的大电流密度下循环1000次后保持187 mAh g-1的可逆容量,展现出了 TNO在高倍率电池实际应用中的良好前景。