近年来,作为载运工具之一的新能源汽车,由于它的清洁环保得到了政府的大力支持并得到了快速的发展。其中,作为新能源汽车主要储能系统之一的锂离子电池,因具有循环稳定性好、能量密度高、环境友好、无记忆效应、便于组装及携带等一系列优点而广受青睐。目前,以石墨为负极的锂离子电池存在着锂枝晶析出导致的电池微短路等严重安全隐患。TiO2作为嵌入型负极材料,由于它高的嵌锂电位,可以有效避免锂枝晶的形成,从而保障锂离子电池的安全性。因此,本论文以改善TiO2电化学性能为目的,通过合理的微结构构筑与调控制备出了TiO2基复合材料,并深入研究了结构与电化学性能之间的关联。主要的研究工作以及结果如下:（1）以硫酸氧钛为钛源,混合有机醇作为溶剂,采用一步溶剂热结合后期热处理法,制备出以纳米片为子单元进行自组装的具有三维分级结构的HMR-TiO2@C（HMR为Hierarchical Microrods的缩写）微米棒。研究了碳包覆层和后期热处理温度对该复合材料结构形貌、电化学嵌锂性能以及动力学性能的影响。结果表明:碳层的存在防止了微米棒中纳米片的破碎并抑制了TiO2的结晶生长,有效提高了复合材料的循环稳定性以及倍率性能。该复合材料在0.2 A g-1电流密度下经过100次循环后可逆比容量保持在484.7 m A h g-1,容量保留率为85.8%,在5.0 A g-1大的电流密度下仍然表现出276.3 m A h g-1高的可逆比容量。动力学性能分析发现碳层的存在降低了复合材料的电荷转移位阻,提高了锂离子扩散速率。复合材料电化学嵌锂性能严重受热处理温度影响,温度过低或过高均不利于其嵌锂性能。当热处理温度为500°C时复合材料展现出最优的电化学储锂性能。（2）为有效利用纳米TiO2引发的赝电容储锂效应以及研究碳层厚度对TiO2嵌锂性能和动力学性能的影响,以微乳液法制备的超细TiO2纳米颗粒为基础,酚醛树脂为碳源,通过调节SNs-TiO2（SNs为Super Nanoparticles的缩写）用量制备出不同碳包覆层厚度的多孔SNs-TiO2@C复合材料。结果表明:在该复合材料中,SNs-TiO2完全密封于碳包覆层中。碳包覆层的存在不仅防止了复合材料结构的坍塌,而且有效抑制了TiO2因颗粒小而引起的团聚,极大地增加了复合材料赝电容储锂的比例,经计算可知,当在CV扫描速率为1 m V s-1时,其赝电容占比高达69.78%。碳层厚度的不同对复合材料的循环稳定性并无影响,影响的是复合材料整体可逆比容量以及动力学性能。确定TiO2纳米颗粒的用量为0.4 g,该条件下获得的碳包覆层厚度适中,表现出最优的电化学储锂性能。碳层过厚时不仅降低了锂离子扩散速率,而且碳在复合物中占比过高造成整体比容量的降低,碳层过薄时会增加复合材料的电荷转移位阻,进而造成复合材料电化学性能的降低。（3）为提高TiO2的体积能量密度以及首次库伦效率,以钛酸四丁酯为钛源,酚醛树脂为碳源,基于表面限域原位生长机理制备出低孔隙率的LP-TiO2@C（LP为Low Pore的缩写）微球。研究了该复合材料的结构和电化学储锂以及储钠性能。结果表明:在该结构中,具有氧空位的TiO2颗粒均匀的镶嵌在碳微球的内部以及表面。受益于该高度复合结构,LP-TiO2@C作为锂离子电池负极材料时,其首次库伦效率被提高到75%,同时,还表现出优异的电化学储锂性能,在0.2 A g-1电流密度下经过200次循环后可逆比容量为426.7 m A h g-1,其容量保留率为91.5%,在电流密度为5 A g-1时,其可逆比容量为210.1 m A h g-1。作为钠离子电池负极材料时同样表现出优异的储钠性能,在电流密度为0.1 A g-1时经过200次循环后可逆比容量为301 m A h g-1,在电流密度为2 A g-1时,其可逆比容量为150 m A h g-1。（4）为进一步提高TiO2基复合材料的能量密度,采用表面限域原位生长机理制备出Ti/Sn比可调的TiO2@Sn O2@C复合材料,研究了Ti/Sn比对复合材料整体电化学储锂性能的影响。结果表明:在该复合材料中,TiO2的存在不仅起到机械缓冲体的作用而且还极大提高了Sn O2向单质Sn转换的还原电位。当TiO2在复合材料中的占比过少时并不能很好的缓解Sn O2大的体积膨胀因而造成其可逆容量的逐渐衰减,当TiO2占比过多时,虽然能够很好的缓解Sn O2的体积膨胀获得高度的循环稳定性以及倍率容量保留率,然而,复合材料整体的可逆比容量较低。当Ti/Sn=1:1时表现出最优的电化学储锂性能。在电流密度为0.2 A g-1下经过100次循环后可逆比容量保持在769.1 m A h g-1,容量保留率为85.5%,即使当电流密度升高至10 A g-1大的电流密度下仍然表现出422.3 m A h g-1高的可逆比容量。