锂离子电池被认为是最具前景的能源存储设备,自商业化以来就一直受到广泛关注,铌酸钛（TiNb2O7）作为电池负极材料,能够同时满足高安全性及高功率密度的需求,有希望在汽车启停电源等环境中应用。但是,充放电过程中存在的性能衰减影响了TiNb2O7材料的使用,而针对这一问题仍然缺乏深入研究以及有针对性的解决方法。本文系统研究TiNb2O7材料的基本性能,分析材料在嵌脱锂过程中容量衰减的主要因素。在此基础上,探索TiNb2O7材料自身的组成和形貌调控以及引入修饰改性材料两种手段对TiNb2O7的电子传导和离子传导进行改善,进而提高材料的电化学性能。深入研究TiNb2O7材料的基本性能,采用第一性原理计算确定材料的嵌脱锂位置并得到全嵌锂材料（Li5TiNb2O7）仅有5.63%的体积膨胀,说明TiNb2O7材料开放的Re O3结构对Li+的容纳性非常强,有利于材料结构在充放电时保持稳定。研究发现,TiNb2O7材料差的电子传导(～10-9 S cm-1)和离子扩散(Li+扩散系数～10-17 cm2 s-1)是制约材料性能发挥的重要因素,在充放电过程中造成嵌入的Li+脱出不完全以及过电位大等后果,从而导致材料性能衰减。提出Nb的自掺杂改善TiNb2O7材料电子电导性的方法,首先通过第一性原理计算预测自掺杂的可行性,根据计算结果设计一系列Nb含量的掺杂实验,发现少量Nb的改变并不会影响TiNb2O7材料形貌结构,而材料的电子电导率却能得到有效改善,当材料中2%的Ti被Nb替代时,得到的Ti0.98Nb2.02O7材料相比于TiNb2O7材料,其电子电导率提高了两个数量级,与第一性原理计算得到的Ti0.98Nb2.02O7材料带隙最小（0.768 e V）规律相一致。另外,Ti0.98Nb2.02O7材料的Li+扩散系数相比TiNb2O7提高了18倍,也有利于材料的大倍率充放电性能。测试发现,Ti0.98Nb2.02O7材料在10 C循环1000次仍有111.9 m Ah g-1的可逆容量。通过对可溶性过渡金属盐的选择、水解和溶剂热自组装过程的调控,制备具有层状堆叠形貌的纳微分级结构TiNb2O7材料,其纳米片状的一次颗粒厚度较小（20-30 nm）,有效地缩短了Li+的传输路径,加快了TiNb2O7电极的电化学反应速度。另外,自组装成微米级的二次颗粒有效地提高了纳米材料的稳定性,减少了大比表面积引起的界面副反应。纳微分级片状结构的TiNb2O7材料在0.1 C循环100次的容量保持率为81.5%。采用二氰二胺作为碳源以及氮源,将其包覆于TiNb2O7材料颗粒表面进行热解,实施有效的碳包覆,解决材料在包覆碳过程中的碳损失以及TiNb2O7材料结构被破坏的问题。在二氰二胺对TiNb2O7材料进行有效碳包覆的过程中,同时进行了表面氮化以及部分Nb5+还原,有效地将材料的电子电导率提高两个数量级,使二氰二胺修饰改性的TiNb2O7材料发挥出更加优异的电化学性能,制备的N-TiNb2O7@C材料在0.1 C循环100次的容量保持率为86.4%,在50 C倍率下仍能放出135 m Ah g-1的可逆容量。研究基于液相诱导的方法,通过十二烷基硫酸钠在TiNb2O7颗粒表面键合碳纳米管（CNT）,得到TiNb2O7颗粒在CNT导电网络内均匀分散的TiNb2O7@CNT复合材料。研究发现CNT的含量控制在6%左右对复合材料的电导率提升最为明显,并且对材料体积比容量的影响较小,制备的TiNb2O7@6%CNT复合材料在0.1 C循环60次的容量保持率为87.4%,在20 C倍率下可逆容量相比TiNb2O7提升了45 m Ah g-1。