锂离子二次电池具有较高的能量密度,使其成为最有前景的动力电池,并应用于电动汽车、混合动力汽车及其他便携式储能设备。对于锂离子电池的发展,提高负极材料的安全性和电化学性能成为了重要的挑战。Li₄Ti₅O₁₂具有优异的结构稳定性、适中的电势（1.5V vs.Li/Li+）以及出色的循环性能,被认为是最具有希望替代商业石墨负极的材料。然而Li₄Ti₅O₁₂本身同时也具有明显的缺点,它的导电性比较差（10-13 S·cm-1）,这就制约了钛酸锂在大倍率下的性能。本文依据第一性原理的计算,对尖晶石Li₄Ti₅O₁₂的热力学稳定性、电子结构、嵌锂动力学以及表面形态进行了详细的研究。同时实验方面分别采用了固相法和溶剂热法合成了纯相的Li₄Ti₅O₁₂,并且研究了合成条件对产物的影响。固相法中以B-Ti O2的前驱体为Ti源的样品LTO-S-4棒状Li₄Ti₅O₁₂的倍率性能相对最高,10C下充放电比容量能够达到189.1mAh·g-1。溶剂热法中以乙醇为溶剂的样品LTO-L-1的性能相对最好,0.5C下的循环比容量达到220mAh·g-1。对NaLiTi₃O₇和Li₄Ti₅O₁₂的锂离子迁移势垒和扩散系数的计算,表明NaLiTi₃O₇可以为Li₄Ti₅O₁₂提供锂离子的高速通道并优化Li₄Ti₅O₁₂的晶体结构,从而提高电化学性能。采用溶剂热法成功的合成出Li₄Ti₅O₁₂-NaLiTi₃O₇复合材料,相比纯相Li₄Ti₅O₁₂,Li₄Ti₅O₁₂-NaLiTi₃O₇复合材料的电化学性能有了显著的提高。在10C的大倍率下,复合材料的比容量可以达到218mAh·g-1,相对于0.5C时272mAh·g-1的比容量,容量保持率80%以上。