在众多的电化学储能技术,锂离子电池有其突出的优势。近年来锂离子电池得到了广泛的研究,已经在人们日常生活和社会发展中由举足轻重的作用。然而,目前商业化的锂离子电池在安全性和能量密度等方面已很难满足人类社会日益增长的能源需求。因此,迫切需要进一步开发新型的高安全性、高能量密度、环境友好且成本低廉的电化学储能技术。在众多的锂离子电池负极材料中,TiO₂基负极材料能够有效地抑制锂枝晶的生长,且具有充放电时体积膨胀小、廉价无毒等特点,使之成为极具潜力的石墨材料的替代物。但是,如何通过简单有效的方法提高TiO₂的锂离子扩散速率和电子导电性,从而改善这类材料的电化学储锂性能是目前亟待解决的问题。另一方面,锂硫电池作为一种新型的储锂技术在能量密度方面具有传统锂离子点出无可比拟的优势,且具有价格低廉以及环境友好等优点,有望成为下一代高性能储锂技术。然而,要想获得高性能的锂硫电池仍需要解决正极材料导电性差、多硫化物穿梭效应以及负极锂枝晶等难题。本文分别从材料的纳米结构调控和电解液的设计改性出发,通过分析电极材料与电解液对储锂过程的影响,深入揭示电化学储锂机制,从而解决储锂技术的低安全性、低能量密度等问题。主要研究内容如下:（1）通过铝热还原法制备得到了含氧缺陷的锐钛矿相蓝色TiO₂锂离子电池负极材料。SEM和TEM测试发现,TiO₂纳米片在铝热还原后变为椭圆形且尺寸减小,有效缩短了锂离子在活性材料中的扩散路径,从而加快锂离子的扩散速率;同时,大量氧缺陷的引入不仅能够为锂离子的存储与迁移提供更多的空隙空间,而且能够有效地增加材料的电子导电性。电化学测试表明,改性后的蓝色TiO₂储锂性能明显提升。（2）通过快捷的氢气还原法成功在锐钛矿相TiO₂纳米片中引入氧缺陷,制备得到蓝色TiO₂纳米颗粒,避免了铝热还原法中繁琐的后处理步骤。进一步研究尺寸效应表明,初始TiO₂纳米尺寸越小,越容易产生高浓度的氧缺陷,越利于锂离子和电子的转移和储存;同时,还原后得到的TiO₂纳米颗粒也随着初始TiO₂尺寸的减小而减小,有利于锂离子在活性材料中的快速扩散和转移。通过这种氧缺陷和纳米尺寸的协同作用,该TiO₂纳米片在1C电流密度下循环100圈后其容量仍能维持在266 mAh g^-1。（3）针对锂硫电池穿梭效应和锂枝晶以及安全性等问题,原创性地开发了一种新型的高浓盐醚基电解液系统LiFSI/DME;通过控制多硫化物在该高浓盐电解液中的低溶解度及迁移速率,实现了对多硫化锂的穿梭效应的有效抑制;同时,该高浓盐电解液还能够有效促进锂金属表面富含LiF的致密SEI膜的形成,显著阻止了锂金属与电解液间的副反应,最大程度控制了锂枝晶的生长,从而提高了锂金属负极的稳定性,最终,使得锂硫电池的电化学性能显著提升。此外,将这种高浓盐电解液储锂机理推广至高浓盐储钾电解液,同样实现了十分优异的储钾性能。（4）为了进一步降低高浓电解液的成本,促进其商业化应用,将LiFSI/DME系统中加入惰性含氟溶剂OFE得到了一种新型廉价的局部高浓盐电解液体系。实验发现,这种局部高浓盐电解液能够有效地抑制锂枝晶的生长,使得锂金属的沉积/溶解效率高达99.3%;同时,随着惰性溶剂OFE含量的增加,多硫化锂的溶解性明显减弱直到完全不溶解,从而有效抑制穿梭效应。最终,在这种新型局部高浓盐体系中,锂硫电池在500 mA g^-1的高电流密度下循环200圈仍保持674 mAh/g的比容量,表现出优异的储锂性能。此外,这种局部高浓盐电解液的储锂机理还具有普适性。当将OFE其他更常用的惰性溶剂时,电池仍能保持良好的储锂性能。