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锂离子电池作为储能装置因具有较大的容量、较长的循环使用寿命和较低的电荷保持效率等优点,而在市场上备受关注。在锂离子电池中,负极材料扮演着极其重要的角色,其中钛酸锂(Li4Ti5O12)由于卓越的安全性能,独特的零应变结构和优异的电化学性能,成为最具有发展前景的锂离子负极材料之一。然而Li4Ti5O12具有两个致命的缺点,即较低的电子电导率(10-13 S·cm-1)和锂离子扩散系数(～10-9-10-13cm~2·s-1),这使其在高的电流密度下呈现出较差的电化学性能。本文首先采用水热法制备了Li4Ti5O12,然后通过包覆和掺杂两种改性手段来提高其电子电导率和锂离子扩散系数,进而改善其电化学性能。通过X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,高分辨透射电子显微镜（HRTEM）,X射线光电子能谱仪（XPS）等手段对材料的微观形貌、组织结构进行了研究;通过恒流充放电测试（GCD）,循环伏安法（CV）,交流阻抗能谱（EIS）等手段对材料的电化学性能进行了分析。1、银包覆钛酸锂纳米材料的制备和电化学性能研究通过水热合成法制备了钛酸锂(Li4Ti5O12),同时以硝酸银（Ag NO3）质量比例为7 wt.%作为银源成功制备了银包覆钛酸锂复合材料(Ag@Li4Ti5O12)。SEM和TEM分析结果表明Li4Ti5O12由大量纳米尺度的片状颗粒组成,这些颗粒又团簇在一起形成粗大的花状结构。当引入Ag后,可以观察到大量直径约为53 nm的细小球形颗粒包覆在Li4Ti5O12颗粒表面。EDS分析结果表明,Ti、O和Ag均匀分布于复合材料颗粒中,且Ti与O含量丰富,Ag含量较少。电化学性能测试结果表明:在32 mA·g-1电流密度下,Li4Ti5O12的首次放电比容量为160.35 m Ah·g-1,Ag@Li4Ti5O12复合材料的首次放电比容量增加到256.75 m Ah·g-1。在32 m A·g-1电流密度下经过100次循环后,Ag@Li4Ti5O12的放电比容量(146.97m Ah·g-1)较Li4Ti5O12(126.64 m Ah·g-1)提高了约16.05%。随着电流密度依次增加(32、80、160、480、800和1600 m A·g-1),Li4Ti5O12的平均放电比容量从154.36 m Ah·g-1降低至102.91 m Ah·g-1;当电流密度回到初始值32 m A·g-1时,保留其初始容量的91.02%(140.5 m Ah·g-1)。当引入Ag后,Ag@Li4Ti5O12的平均放电比容量从181.15 m Ah·g-~1降低到146.56 m Ah·g-1;当电流密度回到初始值时,保留了其初始容量的93.04%(168.55 m Ah·g-1)。研究表明,引入Ag可以显著提高Li4Ti5O12的电化学性能（放电比容量、循环稳定性和倍率性能）。这主要归因于Ag的添加显著提高了复合材料的电子电导率和锂离子扩散系数(Li4Ti5O12的电子电导率从6.399×10-6 S·cm-1增加到1.833×10-5 S·cm-1,而锂离子扩散系数从5.982×10-11 cm~2·s-1增加到4.766×10-10 cm~2·s-1)。2、钙掺杂钛酸锂纳米材料的制备和电化学性能研究采用水热法成功合成了钙掺杂钛酸锂(Li4-xCaxTi5O12,x=0,0.03,0.05和0.07),系统研究了Ca掺杂量对其微观结构及电化学性能的影响规律。Li4Ti5O12是由平均厚度为53 nm的大量薄片组成,并且聚集在一起形成了粗糙的花状颗粒。随着钙和H2O2溶液的引入,样品的形貌发生了显著的变化,片状材料转变成直径约为40 nm的细球颗粒,最终大表面的纳米片状散布成大量的细颗粒。电化学性能测试结果表明:电流密度为160 mA·g-1时,未掺杂Ca的Li4Ti5O12的首次放电比容量为133.91 m Ah g-1。随着Ca的掺杂含量增加,Li4-xCaxTi5O12的放电比容量增加到144.39 m Ah g-1（x=0.03）和158.55 m Ah·g-1（x=0.05）,然而,随着Ca掺杂量进一步增加（x=0.07）,放电比容量反而下降,较Li4Ti5O12降低了约6.92%。在160 m A·g-1电流密度下经过100次循环后,Li4Ti5O12的放电比容量达到了76.88 m Ah g-1。随着x增加到0.03和0.05,Li4-xCaxTi5O12的放电比容量也相应提高到86.63 m Ah·g-1和104.76 m Ah·g-1。然而当x进一步增加到0.07时,残留的放电比容量反而降低到69.47 m Ah·g-1。随着电流密度依次增加(32、80、160、480、800和1600 m A·g-1),残留的放电比容量随x增加呈上升趋势(102.91 m Ah·g-1,x=0;110.82 m Ah·g-1,x=0.03;123.24 m Ah·g-1,x=0.05),但进一步增加Ca掺杂量（x=0.07）,其放电比容量反而降低到101.38 m Ah·g-1;当电流密度恢复到初始值(32 m A·g-1)时,残留的放电比容量也呈类似的变化规律,即随Ca掺杂量增加,最大值仍然在x=0.05时获得(157.47m Ah·g-1,x=0;165.33 m Ah·g-1,x=0.03;173.37 m Ah·g-1,x=0.05;140.29 m Ah·g-1,x=0.07)。因此引入适宜含量的Ca（x=0.05）可以提高其放电比容量、循环稳定性和倍率性能。该原因主要是Ca掺杂扩大锂离子的通道,引起Li4Ti5O12的晶格膨胀,促进锂离子在放电和充电的过程中的嵌入和嵌出。