尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂作为一种新型锂离子电池负极材料,具有“零应变”特性,其循环性能稳定、安全性好、热稳定性高。但是其电子导电率较低,影响材料的倍率性能。本论文从碳包覆改性和材料制备方法两个方面对其进行了研究,成功制备出具有高倍率性能的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂和Li₄Ti₅O₁₂/C复合材料,并采用XRD、SEM、TEM、TG和恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗等手段对材料进行结构表征和性能测试。采用固相法以氢氧化锂、锐钛矿型TiO2为原料制备纯相尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂,研究了原料中Li/Ti摩尔比、球磨时间、煅烧温度对Li₄Ti₅O₁₂材料结构、形貌和性能的影响,结果表明:原料中Li/Ti摩尔比例为0.82,球磨时间为1h,煅烧温度为800℃时合成的Li₄Ti₅O₁₂电化学性能最佳,该条件下制备的Li₄Ti₅O₁₂材料粒径在100nm⁴00nm之间,循环稳定性好,但是高倍率性能欠佳,10C时放电容量仅为55.8mAh/g。本文又在该制备条件下,通过在原料中加入碳源制得不同掺碳量的Li₄Ti₅O₁₂/C复合材料。相对于未掺碳的Li₄Ti₅O₁₂材料,Li₄Ti₅O₁₂/C复合材料颗粒明显减小,倍率性能明显提高,其中掺碳量为7.9%的Li₄Ti₅O₁₂/C复合材料电化学性能最好:以0.5C倍率充放电时,放电容量可达148.6 mAh/g,较未掺碳的Li₄Ti₅O₁₂提高了11.3mAh/g,在高倍率10C充放电时,放电容量仍高达117.3 mAh/g,是未掺碳的Li₄Ti₅O₁₂材料的一倍。采用水热法以氢氧化锂和锐钛矿型TiO2为原料成功的制备出具有高倍率性能的纯相尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂材料。研究了氢氧化锂浓度、水热时间、煅烧温度和煅烧时间对Li₄Ti₅O₁₂材料结构、形貌和性能的影响,得出最佳制备工艺条件为:氢氧化锂浓度为0.2M,水热时间为12h,煅烧温度为700℃,煅烧时间为5h。在最佳制备条件下得到的Li₄Ti₅O₁₂材料电化学性能优异,以0.5C充放电时,放电容量可达165.3mAh/g,当充放电倍率增加至40C时,放电容量仍能保持在122.5mAh/g,同时材料具有优异的循环性能,当依次在1C、10C、20C、30C、1C倍率下分别循环50圈后,放电容量仍有147.5mAh/g。本文同时分析了水热法制备Li₄Ti₅O₁₂材料的形成过程,其形成过程可分为水热过程和高温热处理过程:水热过程中,二氧化钛一部分反应生成LiTiO2和Li-Ti-O化合物,一部分未参与反应;在高温热处理过程中,首先是LiTiO2、Li-Ti-O化合物和TiO2反应生成Li2TiO3,再是TiO2和新生成的Li2TiO3反应得到Li₄Ti₅O₁₂。