锂离子电池由于具有高比能量、高电压、长循环寿命以及安全无毒等特点,广泛应用于手机、摄像机、电动工具及笔记本电脑等领域。近年来,随着国家战略性新兴产业的发展,进一步拓宽锂离子电池在电动汽车、可再生能源领域的应用。众所周知,电极材料的优劣直接影响着锂离子电池性能。作为新一代锂离子电池负极材料,“零应变”材料Li4Ti5O12具有优异的循环稳定性和高安全性,被认为是最佳候选负极材料之一。但Li4Ti5O12(?)的电子导电性和离子导电性影响了它在高倍率充放电条件下的电化学性能,从而限制其在动力、储能领域的实际应用。针对Li4Ti5O12材料高倍率性能差的固有缺陷,本文主要从高温固相合成工艺,通过掺入活性碳及掺杂镁离子对材料改性研究等方面入手,并结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),能谱分析(EDS)以及恒流充放电、电化学交流阻抗(EIS)以及循环伏安(CV)等测试手段,研究Li4Ti5O12材料的物化性能和电化学性能。同时,对高温固相合成工艺进一步优化,为工业化生产Li4Ti5O12材料提供一种简单经济的工艺技术参考。首先,对一步固相合成工艺进行研究,通过正交试验考察了原料种类、反应温度、反应时间以及锂钛摩尔比等工艺参数对Li4Ti5O12材料电性能的影响,结果表明,锂钛摩尔比为最显著因素,优化工艺条件如下：钛源为微米级Ti02,锂源为Li2CO3, Li/Ti (mol)=0.8,煅烧温度900℃,煅烧时间12h。在此基础上,研究了二步固相合成工艺,即改进的高温固相合成工艺,依据差热-热重(DSC-TG)分析,该工艺合成Li4Ti5O12的过程是以中间相Li2TiO3为过渡相的高温反应历程,同时对二步固相合成工艺参数进行优化,即650℃保温8h,然后900℃保温2h所制得样品性能较佳,0.2C、3C、5C倍率下放电比容量分别达到165.4mAh/g、117.8mAh/g和98.1mAh/g,0.2C循环30次材料比容量衰减率仅为5.1%。实验证明二步固相合成工艺优于一步固相合成工艺。其次,以提高L14Ti5012材料导电性为目标,分别在空气气氛下和保护气氛下进行碳改性研究,并考察保护气氛下掺碳量对材料性能的影响。结果表明,在空气气氛下掺入碳,可以有效地抑制颗粒的长大,在一定程度上改善了材料的倍率性能,5C倍率下,放电比容量为103.5mAh/g,为未改性材料的1.7倍；保护气氛下当掺碳量为6.0wt%时所得样品高倍率性能较佳,10C倍率下首次放电比容量可达到106.5mAh/g,10C/5C的比容量保持率为85.2%,10次循环后放比容量保有率为98.6%。最后,以Mg2+为掺杂源对Li4TisO12材料进行改性研究,采用高温固相反应合成了负极材料Li4-xMgxTi5O12(x=0.0、0.12,0.3、0.5)。结果表明：当掺杂量x=0.2时,所获Li3.8Mgo.2TisO12材料电荷转移阻抗值最小,倍率性能较佳,5C、10C倍率下首次放电比容量分别为108.0mAh/g、93.3mAh/g,10C/5C的比容量保有率高达87.0%。Li3.8Mgo.2Ti5O12/C样品表现出优异的高倍率容量性能和循环性能,10C倍率下,首次放电比容量可达118.1mAh/g,50次循环之后放电比容量衰减率仅为4.0%,材料的电子导电性和离子导电性得到显著改善。