钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂,LTO)具有“零应变”特性,在锂离子嵌入-脱出过程中能保持晶体结构高度稳定,同时具有较高的电极电压,能够避免锂枝晶析出造成短路,是一种比较理想的可替代碳的锂离子二次电池负极材料。但是较低的Li离子扩散系数(10^-16-10^-9 cm²·s^-1)和电子电导率(<10^-13 S·cm^-1)使LTO的高倍率性能不能很好的发挥,阻碍了LTO的实际应用。本文从湿法改进制备方法、引入纳米颗粒均匀分散技术、A/B位双掺杂结构设计、石墨烯负载四个方面入手,合成了高纯度、高分散的LTO粉体,综合提高了LTO的电化学性能,使LTO在高功率动力锂离子二次电池方面具有更广阔的应用前景。为克服传统高温固相法合成的LTO-1粒径分布不均、杂质含量高等问题,在制备过程中引入了湿法活化步骤。改进方法一:令钛酸四丁酯（TBT）在碳酸锂颗粒表面水解包覆,最终合成分散状态的LTO-2。改进方法二:利用硝酸溶解碳酸锂,抑制TBT的水解,并采用乙二胺四乙酸和柠檬酸联合络合使溶胶充分稳定,最终合成三维网络状态的LTO-3。和LTO-1相比,LTO-2、LTO-3在0.5 C倍率下的首次库伦效率分别从86.4%提高到了96.4%和94.1%,在40 C倍率下的首次放电比容量从25 mAh g^-1提高到了44 mAh g^-1和53 mAh g^-1,高倍率性能得到了明显的改善。针对烧结后LTO粉体合成过程中出现的团聚问题,进一步引入超高速剪切步骤来实现纳米颗粒的均匀分散,利用径向剪切力强制分开互相粘连的颗粒,解决了材料的团聚问题,纳米分散后得到的LTO-Nano悬浊液在沉降实验中表现出高度稳定性。为了便捷有效地提高Li₄Ti₅O₁₂的电化学性能,选择La、Sc、Mg、Ag四种元素对LTO-3进行A、B位双掺杂结构设计,合成了三维网络结构的Li_3.95La_0.05Ti_4.95Sc_0.05O₁₂（LLTSO）、Li_3.95La_0.05Ti_4.95Ag_0.05O₁₂（LLTAO）、Li_3.95Mg_0.05Ti_4.95Ag_0.05O₁₂（LMTAO）及Li_3.95Mg_0.05Ti_4.95Sc_0.05O₁₂（LMTSO）。电化学测试结果表明LLTSO的性能最好,0.5 C倍率下的首次库伦效率为99.3%,40C倍率下的首次放电比容量高达85 mAh g^-1,首次库伦效率和高倍率性能得到了进一步提升。选择机械法制备的石墨烯进一步进行石墨烯负载以综合提高Li₄Ti₅O₁₂复合电极的电子通道和电化学性能。石墨烯负载改性后,LTO-Nano/G、LLTSO/G仍局部保有原始的粉体结构特征,和负载前的LTO-Nano、LLTSO相比,二者的锂离子扩散系数分别提高了5倍和58倍,在40 C倍率下的首次放电比容量分别提高了16.4%和18.8%。引入湿法活化步骤的制备方法能够合成纯度高、粒径均一的Li₄Ti₅O₁₂粉体,超高速纳米分散技术能够有效打散烧结过程产生的颗粒团聚,A、B位双掺杂结构设计及石墨烯负载都能够简单有效地综合提高Li₄Ti₅O₁₂的电化学性能。改进方法二制备的La、Sc双掺LLTSO在石墨烯负载后表现出了最好的电化学性能,LLTSO/G在0.5 C倍率下的首次库伦效率为99.2%,40 C倍率下的首次放电比容量为101mAh g^-1,5 C倍率下循环400次后的容量保持率为98.5%。