尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12)为“零应变”材料，是一种理想嵌入型电极材料。因具有平稳的充放电平台、良好的循环性能、快速的充电性、较高的热稳定性、低廉的价格和环境友好等特点，而成为锂离子电池负极材料的研究热点。但较低的导电率和比容量制约了其商业化发展。本文通过不同的制备方法对材料进行纳米化、掺杂和包覆等改性研究，并采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱分析(EDS)和比表面积测试(BET)等对材料的结构进行表征，用充放电测试、循环伏安法(CV)及交流阻抗法(EIS)对其电化学性能和嵌脱锂动力学过程进行了深入的分析。　　以二乙醇胺为抑制剂、钛酸四丁酯和醋酸锂为原料，用溶胶-凝胶法制备了锂离子电池球形Li4Ti5O12负极材料。系统研究了煅烧温度和时间对Li4Ti5O12负极材料的结构和性能的影响。确定了最佳煅烧条件为：在750℃下煅烧12h。在此条件下合成的样品具有典型的尖晶石结构和球形形貌，在0.5～3.0V、0.1C下的首次放电比容量为167mAh/g，循环性能良好。　　以竹纤维为模板，以钛酸四丁酯和醋酸锂为原料，用模板法制备了锂离子电池微米管状Li4Ti5O12负极材料。研究结果表明：以竹纤维为模板制备的微米管状Li4Ti5O12负极材料由尖晶石型纳米Li4Ti5O12构成，具有较大的比表面积，该材料具有良好的电化学性能，在0.5～3.0V，0.1C下的首次放电比容量为178mAh/g，循环100次后放电比容量仍保留162mAh/g，且倍率性能优异。通过EIS方法得到材料的锂离子扩散系数为9.8×10-15cm2/S。　　以单分散的聚苯乙烯微球为模板，以钛酸四丁酯和醋酸锂为原料，用模板法制备了锂离子电池纳米大孔尖晶石Li4Ti5O12负极材料。该材料具有较大的比表面积和良好的电化学性能，在0.5～3.0V，0.1C下的首次放电比容量为189mAh/g，循环100次后放电比容量仍保留170mAh/g。在0.5、1、2、5和10C下的首次放电比容量分别为162、149、131、110和102mAh/g。EIS和CV实验结果表明该材料具有优良的脱嵌锂性能，纳米大孔结构有利于提高了其在大电流充放电下的电化学性能。　　以一步水热合成法制备了粒径约为40nm，孔径约5～8nm的纳米介孔Li4Ti5O12材料。该材料具有优良的电化学性能，在0.5～3.0V，1、5、10和20C下首次放电比容量为176、167、162和151mAh/g。20C高倍率下循环200次后的放电比容量为144mAh/g。EIS和CV实验结果表明该材料具有较大的锂离子扩散系数，提高了其在大电流充放电下的电化学性能。　　用高能球磨和高温固相法制备Li4Ti5O12负极材料，再采用液相包覆法在Li4TisO12表面包覆氧化镍对其进行表面改性研究。并探讨了氧化镍包覆量对Li4Ti5O12@NiO复合材料结构和性能的影响。研究发现，当氧化镍包覆量为5％时，该材料具有大的比表面积和良好的电化学性能：在0.5～3.0V，1C下的首次放电比容量为203mAh/g，循环100次后放电比容量仍保留176mAh/g。表面改性后材料的锂离子扩散系数和倍率性能皆有所提高。　　以碳酸钴、二氧化钛和碳酸锂为原料，采用球磨-高温固相法制备了Co掺杂Li4Ti5O12的锂离子电池负极材料。研究结果表明：Co掺杂后的负极材料保留了Li4Ti5O12的尖晶石晶型结构且材料的锂离子扩散系数有很大程度的提高；在0.5～3.0V，0.1、0.2、1、2、5和10C下的首次放电比容量分别为250、222、188、180、149和118mAh/g，在0.1C下循环100次仍有200mAh/g的放电比容量，具有良好倍率性能及循环性能。