作为锂离子电池负极材料，Li₄Ti₅O₁₂具有循环寿命长、安全性高的优良特性，因此在电动汽车以及储能电源领域具有极其广阔的应用前景。然而，Li₄Ti₅O₁₂的电子导电率(10^-13S cm^-1)低，极大限制了其容量的发挥。此外，Li₄Ti₅O₁₂不同程度地存在首次循环的不可逆容量损失，即首次库伦效率小于100%，造成了能源的浪费和电池容量的降低。为解决此问题，本文利用微米级H₂TiO₃和纳米级TiO₂分别作为钛源，通过固相反应制备出微米级Li₄Ti₅O₁₂。针对微米级Li₄Ti₅O₁₂存在的颗粒尺寸大以及循环性能不佳的缺点，进而以中间相沥青为碳源，将碳热还原与碳包覆技术有机结合在一起，第一次制备出了首次库仑效率大于理论值100%、性能优良且结构稳定的碳包覆富锂钛酸锂Li_4+xTi₅O₁₂/C复合材料。综合运用多种结构和电化学性能分析方法，系统研究了Li₄Ti₅O₁₂、不同碳含量的Li_4+xTi₅O₁₂/C以及不同富锂量的Li_4+xTi₅O₁₂/C的微观结构和充放电循环性能，取得的研究结果如下：（1）以H₂TiO₃和Li₂CO₃为原料，在850℃反应12-20h制备出微米级Li₄Ti₅O₁₂。当Li₂CO₃过量24%时合成的产物为纯相的Li₄Ti₅O₁₂。0.1C恒流充放电条件下，Li₄Ti₅O₁₂的首次放电/充电比容量分别为114.1mAhg^-1和108.9mAhg^-1。以水热合成的纳米级TiO₂和Li₂CO₃为原料制备出微米级Li₄Ti₅O₁₂。0.1C条件下，其首次放电/充电比容量分别为122.7mAhg^-1和117.7mAhg^-1。（2）以中间相沥青为碳源，纳米级TiO₂和Li₂CO₃分别作为钛源和锂源，通过固相反应首次制备出首次库仑效率超过100%的Li_4+xTi₅O₁₂/C复合材料。碳的加入可以显著降低颗粒的尺寸，提高充放电循环性能。目标含碳量为4%时所得Li_4+xTi₅O₁₂/C复合材料的性能最佳。0.1C条件下，其首次放电/充电比容量分别为131.6mAhg^-1和159.3mAhg^-1，首次库伦效率高达121.1%。100次循环后，充电容量保持率为96.8%，循环性能优异，并且具备优良的倍率充放电性能。（3）在目标含碳量4%情况下，分别按照原料Li:Ti比为4:5、4.2:5、4.5:5和5:5制备出了不同富锂量的Li_4+xTi₅O₁₂/C复合材料，其首次脱锂比容量分别为7.4mAhg^-1，17.2mAhg^-1，33mAhg^-1和48.1mAhg^-1，对应于Li₄.12Ti₅O₁₂/C、Li₄.29Ti₅O₁₂/C、Li₄.57Ti₅O₁₂/C和Li₄.82Ti₅O₁₂/C。通过调节原料中的Li:Ti比，可以调控Li_4+xTi₅O₁₂/C中的富锂量。与普通的碳包覆钛酸锂相比，本文首次制备出的首次循环库仑效率超过100%的Li_4+xTi₅O₁₂/C复合材料可以节约能源，并提高电池的容量和效用，具有重要的理论意义和实用价值。