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可进行反复充放电的锂离子电池在目前的移动通讯，信息存储，娱乐，电脑领域发挥着不可替代的作用。由于锂离子电池的高能量密度，使其广泛地应用于各个领域中，但是相比较而言，锂离子电池的低倍率性质一直是限制它大规模发展的瓶颈。为了改善锂离子电池大倍率充放电的电化学性能，并且相应的降低电极活性材料的成本，具有纳米结构的材料通常被用来解决锂离子在电池材料中穿插扩散等动力学问题。 本论文选择零应变特性的尖晶石结构的Li4Ti5O12(LTO)作为锂离子电池负极材料，并采用电纺的方法作为纳米结构加工手段;同时，在电极材料中嵌入或包覆具有超高电子及离子导电性的石墨烯材料作为导电添加剂来提高锂离子电池的电化学性能。 为体现电纺LTO/石墨烯在结构及性能上的优越性，同时利用传统溶胶-凝胶法合成出LTO粉末。实验通过SEM，HRTEM，AFM，XRD，BET，电化学测试及其它技术手段，来实现对电极材料及电池性能的表征。 比表面积测试和电池充放电过程等测试表征过程充分证明电纺LTO/石墨烯具有比传统溶胶-凝胶法显著提高的比表面积。另外，石墨烯大大提高了负极材料中电子和离子的导电性，使得锂离子电池具有更好的大倍率充放电性能和循环性能。 当在电纺LTO纳米纤维中掺入石墨烯，电极材料在不同倍率下的比容量比单独电纺LTO和溶胶-凝胶法LTO大大提高，尤其在更大倍率的情况下提高的更显著。在大倍率充放电22 C下，电纺LTO/石墨烯的比容量约为110 mAh/g，分别是单独电纺LTO的两倍(47 mAh/g)和溶胶-凝胶法LTO的三倍(34 mAh/g)。电纺LTO/石墨烯在22 C大倍率充放电下，循环可以达到1300次以上且容量(101mAh/g)保持在91％以上，远远好于报道过的制备LTO方法。电纺LTO/石墨烯纳米纤维作为锂离子电池负极材料的大倍率充放电性能和高循环寿命使其在能源电动车等领域有着重要的应用前景。此外，利用电纺石墨烯掺杂其它材料应用于锂离子电池和超级电容器也同时进行了研究和测试。