锂离子电池具有省油和降低废气排放的潜力,近几年来,锂离子电池广泛应用于电动车和混合电动车。然而,采用碳材料或石墨为负极材料的商业用锂离子电池,长久以来一直存在着潜在的安全隐患。传统的碳材料在嵌锂终端电压几乎接近于0 V,因此在快充或过充的过程中,锂枝晶生成并沉积在碳材料表面,其易引起电池内部短路和电池爆炸。为解决现代锂离子电池技术的这一局限,有必要开发一种具有较高嵌锂电势的负极材料。尖晶石型钛酸锂已成为锂离子电池应用中极具前景的负极材料。与传统的商业化碳负极材料相比,钛酸锂具有较高的嵌锂电势,相对于金属锂而言,其工作电压约为1.55 V,能够阻止电极表面电解液被还原。而且,作为零应变嵌锂材料,钛酸锂在充放电过程中具有优越的可逆性,结构稳定性和卓越的锂离子迁移率。因此,钛酸锂具有较好的循环性能和安全性能。尽管钛酸锂具有上述诸多优点,但是钛酸锂的电子电导率很低,限制了其商业应用。本文主要从两个方面提高钛酸锂的电子电导率,一是采用水溶性高分子作碳源对纯钛酸锂进行碳包覆,二是采用金属离子对纯钛酸锂进行Li位或Ti位掺杂。主要的研究结果如下:1.利用水溶性高分子-聚乙烯醇（PVA）为碳源,采用高温固相法对钛酸锂进行碳包覆,制备了Li₄Ti₅O₁₂/C复合材料。XRD数据表明,PVA的加入缩小了Li₄Ti₅O₁₂的晶胞参数,而且并没有影响Li₄Ti₅O₁₂晶体的主体结构。SEM图像表明,加入PVA的钛酸锂经高温烧结后,具有光滑的球形表面,粒子小且粒径分布窄。0.5C倍率下,复合物的初始放电容量为141mAh/g, 120个循环后,容量为104.9 mAh/g,容量衰减大,降低25.6%。2.采用水溶性聚合物-聚乙二醇（PEG）作为有机碳源,高温固相反应条件下对纯钛酸锂进行碳包覆,制备了Li₄Ti₅O₁₂/C复合材料。XRD数据表明,PEG的加入缩小了Li₄Ti₅O₁₂的晶胞参数,且并没有影响Li₄Ti₅O₁₂的主体晶体结构。SEM图像表明,PEG的加入并没有改变钛酸锂的形貌,平均粒径在400nm左右,且粒径分布较宽。2C倍率下,复合物的初始放电容量为128.2 mAh/g,450个循环后,容量为95.3 mAh/g,容量衰减大,降低25.7%。1C倍率下,复合物的初始放电容量为136mAh/g,70个循环后,容量为125.1 mAh/g,下降8%左右。3.利用软化学法-溶胶凝胶法对钛酸锂在Li位进行Al3+掺杂的复合材料Li_3.9Al_0.1Ti₅O₁₂。SEM图像表明,经过高温煅烧后,粒子易团聚。Li_3.9Al_0.1Ti₅O₁₂的XRD中并未出现杂峰,与标准谱图（No. 26-1198）一致。4.对钛酸锂在Ti位进行V⁵⁺掺杂,高温固相反应条件下合成复合化合物Li4Ti4.9V0.1O12。经Jade 5对所得XRD数据计算表明,V⁵⁺的加入缩小了Li₄Ti₅O₁₂的晶胞参数,且没有影响Li₄Ti₅O₁₂的主体晶体结构。SEM图像分析表明,掺杂V⁵⁺后,粒径减小,在330nm以下。掺入V⁵⁺后的钛酸锂在电化学性能上有很大的改善,高倍率下容量大大提高且容量保持率高。