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采用固相法合成制备了钛酸锂样品，探讨了锂源，煅烧温度和煅烧时间以及合成气氛对钛酸锂电化学性能的影响。电化学测试结果表明：选用碳酸锂为锂源，采用两步煅烧法，400℃空气气氛煅烧4h，然后800℃氮气气氛下煅烧8h所合成的样品电化学性能最佳。在此最佳工艺条件下，电压区间为1~3V，采用恒电流（0.5C）充放电，样品的首次放电比容量达到了167mAh/g，库伦效率为97.6%。根据离子掺杂的一般原则，选取Mg2+和Zn2+进行锂位掺杂，选取Ta5+、V5+、Nd3+、Nb5+和Mo6+对钛酸锂进行了钛位掺杂，以及选取Cl-进行氧位掺杂，并比较了掺杂前后材料的电化学性能变化。电化学测试结果表明：锂位掺杂中Zn2+和Mg2+并未改善钛酸锂的电化学性能；钛位掺杂样品中Nd3+离子掺杂降低了钛酸锂的首次充放电容量，但是提高了钛酸锂的倍率性能，并且改善了钛酸锂的高倍率循环性能，Nb5+离子掺杂不仅提高了材料的首次充放电容量，还改善了钛酸锂的倍率性能和高倍率时的循环稳定性。而Ta5+、Mo6+和V5+离子掺杂使得材料电化学性能恶化；氧位掺杂样品中，Cl-掺杂降低了材料的首次充放电容量，倍率性能也不曾改善，但是高倍率时的循环稳定性稍好于纯相样品。为了研究钛酸锂材料在锂离子电池中的实际应用，根据锂离子电池的设计原则，以商品化的磷酸铁锂为正极匹配负极钛酸锂，设计组装了额定容量为850毫安时，型号为305787的软包方形电池，并对其进行了首次充放电测试，倍率性能测试，高低温性能测试和循环稳定性测试。发现在0.5C，1.4V~2.4V充放电截止电压下，电池的首次充电容量达到994.6mAh，放电容量778.6mAh，首次效率为78.3%；0.2C倍率下可以放出858mAh的容量，0.5C为815mAh，1C为738mAh,2C为660.66mAh,随着放电倍率的提高，容量明显降低；设计电池在0℃时可以达到常温时73.5%的容量，-10℃时下降到54.8%，-20℃时仅为30%。60℃时，设计电池发生了气胀现象，这可能是由于高温时负极钛酸锂与电解液之间的副反应增多而引起的；1C800圈循环后无明显衰减，显示了优越的循环性能。