尖晶石结构钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是一种“零应变”嵌锂材料,它具有锂离子三维扩散通道,可以进行大倍率充放电,在充放电过程中材料结构稳定,循环性能优异。合成钛酸锂的原料来源广泛,价格低廉。本文采用高温固相法合成出钛酸锂并对其进行改性研究,通过X射线衍射（XRD）分析了样品晶体结构,扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了样品的表观形貌和包覆效果,X射线光电子能谱（XPS）研究了样品的价态,循环伏安（CV）和交流阻抗（EIS）分析了材料嵌脱锂行为,充放电测试考察了样品的比容量和循环性能。首先通过锂源和钛源的筛选得出以Li₂CO₃和TiO₂为原料能够获得最好的性能。考察了不同烧结温度、烧结时间对钛酸锂结构和性能的影响,结果表明在650℃下烧结16h获得最佳性能,其在1C、3C、5C、10C的倍率下可逆比容量分别为165mAh·g^-1、164 mAh·g^-1、137 mAh·g^-1和120 mAh·g^-1。钛酸锂循环性能优异,其在1C、3C、5C倍率下循环1600次后容量保持率分别为98%、91%和89%。其次对钛酸锂进行了碳包覆研究。分别以蔗糖、石墨、碳纳米管和Super-P-Li对钛酸锂进行修饰,SEM形貌分析表明Super-P-Li颗粒能够团聚形成三维碳网络,并阻止钛酸锂颗粒长大。Li₄Ti₅O₁₂/Super-P-Li复合材料倍率性能较好,其在0.5C、3C、5C、10C的倍率下比容量分别为160 mAh·g^-1、156mAh·g^-1、135mAh·g^-1、124mAh·g^-1。蔗糖能够较好的包覆Li₄Ti₅O₁₂颗粒,TEM膜层分析表明,蔗糖在Li₄Ti₅O₁2颗粒表面形成一层均匀的碳膜,增加了颗粒之间的导电性,其在1C、3C、5C、10C的倍率下放电比容量分别为165mAh·g^-1、145mAh·g^-1、127mAh·g^-1、115mAh·g^-1。以Li₄Ti₅O₁₂/C为负极,磷酸铁锂（LiFePO4）为正极进行了全电池研究,结果表明钛酸锂与该体系匹配型良好,放电平台为1.8V,充电平台为2.0V,电池的循环性能优异,经历50次循环后容量保持率为92%（0.5C）。最后以Mg、Ti₂O₃对钛酸锂进行掺杂改性研究。XRD测试表明掺杂Mg会引起Li₄Ti₅O₁2晶格参数变大并产生TiO₂,不利于材料的导电性和脱嵌锂行为,Li_4-2xMg_xTi₅O₁₂中当x=0.1时比容量为156mAh·g^-1。掺杂Ti₂O₃会增加Li₄Ti₅O₁₂中Ti³⁺/Ti⁴⁺混合价态,提高了材料的导电性。XRD测试表明,产物中存在LiTi₂O₄的特征衍射峰,XPS测试发现在Ti₂p_1/2处出现小峰,两测试证明产物中有Ti³⁺存在,当Ti³⁺掺入量为1%时样品具有最佳的电化学性能,在1C的倍率下比容量达155mAh·g^-1。