尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂是一种理想的嵌入型电极材料,被称作“零应变”材料。它具有充电次数多、充电过程快、安全性高等优点,因而成为目前锂离子电池负极材料研究和开发的热点。本课题是以研制比容量高、循环稳定性好、大电流充放电性能佳、制备工艺简单且成本低廉的锂离子电池负极材料Li₄Ti₅O₁₂,分析其电化学性能的影响因素为目的。本实验主要采用固相反应法和直接融盐法制备Li₄Ti₅O₁₂,利用TG-DTA、XRD、SEM等测试对电极材料进行表征,使用恒流充放电、CV和EIS等电化学测试手段,确定其最佳合成工艺条件,并通过碳掺杂、碳包覆和金属元素掺杂对其进行改性研究。采用固相反应法,结合二次煅烧的方法,制备Li₄Ti₅O₁₂的最佳合成工艺条件为:采用Li₂CO₃和锐钛矿型TiO₂为原料,先于450℃预烧4h,再于900℃煅烧12h。在0.1C倍率下首次放电比容量达165.05mAh·g^-1,经20次循环放电比容量仍保持在159.90 mAh·g^-1。采用直接融盐法制备Li₄Ti₅O₁₂,以CH₃COOLi·2H₂O和锐钛矿型TiO₂为原料,先于70℃保温5h,再于700℃保温2h,从而得到的3#样品的电化学性能最佳。在0.1C倍率下首次放电比容量达到160.77 mAh·g^-1,经20次循环放电比容量仍保持在154.68 mAh·g^-1。利用石墨粉作为单质碳源进行碳掺杂,最佳掺杂量为10%wt;利用葡萄糖作为有机碳源进行碳包覆,最佳掺杂量为20%wt;在Li⁺位上掺杂Mg²⁺,最佳掺杂量为x=0.2;在Ti⁴⁺位上掺杂Sn⁴⁺,最佳掺杂量为x=0.10。与未掺杂的纯Li₄Ti₅O₁₂材料相比,掺杂改性后的样品首次放电比容量和充放电效率高,电荷转移阻抗和容量衰减小,可逆性和循环稳定性好,倍率性能佳。