现如今,随着化石能源日渐匮乏,环境危机就显得愈发严重,为了摆脱能源和环境危机,人们需要寻求一种能够替代化石能源的清洁能源。锂离子电池（LIBs）作为一种典型的二次电池,与传统电池体系相比具有相对较高的能量密度,且具有比较稳定的充放电性能,是一种较为清洁的储能体系,因此受到了研究者们的广泛关注,目前在便携式储能设备和动力汽车等领域均有着十分广泛的用途。其中,负极材料是锂离子电池中极为重要的部位,与锂离子电池的充放电性能联系十分紧密。对比其他的锂离子负极材料,二氧化钛（TiO2）负极材料因其制备简易、价格便宜、无毒无害、嵌锂性能稳定等优点,被看做一种极具潜力的电极材料。但由于TiO2电极材料电子电导率和离子电导率偏低,使其电化学反应动力学受到抑制,阻碍了它的可持续发展。围绕此问题,本论文设计并制备了纳微结构的菜花状金红石型TiO2,通过对电极材料进行结构调控、杂原子掺杂来提高TiO2电极材料的本征电导率和离子迁移率,电极材料在充放电过程中能够为锂离子提供更多的嵌入活性位点,以此来实现电极材料优异的循环倍率性能及储锂性能,经过对改性后的金红石TiO2电极材料充放电过程中嵌锂机理的深入研究,我们取得了一定的研究进展,归纳如下:（1）以TiCl4为钛源采用一步水解法成功制备了尺寸较小、粒径可控的金红石型TiO2。通过在5%浓度的H2/Ar混合还原性气氛中退火对材料进行空位调控,研究发现氧空位缺陷的存在可以降低二氧化钛负极材料的能带隙宽度,能带隙的降低使电子能够更加容易由价带激发跃迁到导带,从而升高了本征载流子浓度,最终提高材料的离子电导率。（2）为了进一步提高负极材料的电化学性能,我们对缺陷丰富的金红石型TiO2进行了硫原子掺杂处理。通过一系列结构表征和电化学性能测试,证明了硫原子的成功掺杂使材料表面的氧缺陷减少,硫原子在金红石晶体表面结合Ti原子形成了Ti-S键,使TiO2晶格发生畸变,Li+在电极材料晶格中的扩散速率变快,材料的电导率提升。（3）为了探究不同类型的杂原子掺杂对材料电导率的影响,我们以可控粒径的金红石TiO2为前驱体,以次磷酸钠作为磷源,通过热处理方法成功制备了磷原子掺杂金红石TiO2纳米材料,并研究了其锂离子半电池储锂性能,结果表明:未经H2/Ar气氛退火的纳米材料表现出更好的电化学性能,我们成功实现了二氧化钛材料的一步掺磷法,简化了磷掺杂流程。