尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂是一种极具发展潜力的动力型锂离子电池负极材料。但是Li₄Ti₅O₁₂的离子和电子电导率较低,在大电流充放电条件下容量衰减快、倍率性能较差,使其应用受到限制。因此通过改性提高其倍率性能是Li₄Ti₅O₁₂商品化的关键。实验以锐钛矿型TiO₂和LiCO₃为原料,采用高温固相法合成钛酸锂电极材料,通过热重-差热分析,初步确定了前躯体的烧结温度,并对已合成的材料进行XRD、SEM、CV、EIS及充放电测试,辅助采用碳含量分析测试,研究电极材料的电化学性能。采用高温固相法,通过改变锐钛矿型TiO₂粒径大小、低、高温烧结时间和温度等条件,研究了合成条件对纯相Li₄Ti₅O₁₂的电化学性能的影响。研究发现,采用70 nm TiO₂能够合成纯相的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂,其倍率性能最好,在1 C和10 C倍率下的放电比容量分别为91.6和28.7 mAh·g^-1,10 C相对于1 C时的容量保持率为31.33%,材料在2 C、10 C、20 C倍率下,经过100次和500次循环后放电比容量衰减不大,库伦效率几乎保持在100%,但是材料在高倍率20 C下的倍率容量不高,库伦效率波动较大;低温600 oC预烧8 h,高温800 oC煅烧4 h为最优的合成条件,在该条件下合成的材料其倍率性能最好,倍率容量得到很大提高。在1 C和10 C倍率下的放电比容量分别为155.0和101.6 mAh·g^-1,10 C相对于1 C时的容量保持率为65.55%,材料在2 C、10 C和20 C倍率下的循环性能稳定,经过100次和500次循环后放电比容量衰减不大,库伦效率几乎保持在100%。采用高温固相法优化后的合成工艺,通过对材料进行包覆碳的改性研究,发现:不同碳源的实际碳化率不同,当采用柠檬酸作碳源,理论包碳量为7%（后简称7%柠檬酸）时,合成的Li₄Ti₅O₁₂/C材料的实际包碳量为1.35%,其倍率性能是最好的,循环稳定性最佳。在1 C和10 C倍率下的放电比容量分别为168.7和143.2mAh·g^-1,10 C相对于1 C时的容量保持率为84.88%,材料在2 C、10 C和20 C倍率下的循环性能稳定,经过100次和500次循环后放电比容量衰减不大,库伦效率几乎保持在100%。采用已优化的最佳碳源及包碳量,使用（MgCO₃）₄·Mg（OH）₂·6H₂O对材料进行掺杂Mg²⁺的改性研究。研究掺杂Mg²⁺的量对合成材料的性能的影响。研究发现:采用最佳碳源7%柠檬酸合成的掺杂Mg²⁺的Li₄Ti₅O₁₂/C材料其倍率性能并没有提高,反而有所下降,这与球磨时反应物中酸性的碳源与碱性的镁源发生酸碱中和反应有关。相比之下,采用4%葡萄糖作碳源,掺杂1%Mg²⁺合成的材料其倍率性能得到大幅度的提高,循环稳定性也很好。在1 C和10 C倍率下的放电比容量分别为185.5和151.7 mAh·g^-1,10 C相对于1 C时的容量保持率为81.78%,材料在2 C、10 C和20 C倍率下的循环性能稳定,经过100次和500次循环后放电比容量衰减不大,库伦效率几乎保持在100%。