21世纪人类社会发展面对的主要挑战是在世界范围内发展清洁、可持续能源以应对全球变暖所带来的长久威胁。具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命、高安全性及无污染等特点的锂离子电池成为了便携式电子设备、储能及电动车的动力电源的理想电源。尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)负极材料具有使用寿命长、安全性高和热稳定性好等特点，非常适合用于大功率储能及动力电源。然而，由于Li4Ti5O12的电子电导率低及锂离子扩散系数低而引起的倍率性能差成为了制约其发展的主要障碍。因此改善Li4Ti5O12的倍率性能非常有必要。本论文以Li4Ti5O12为研究对象，对其进行了掺杂、引入导电相和纳米化的改性，以提高其倍率性能。　　本论文首先采用Li2CO3和锐钛矿型TiO2作为原料在氨气氛中一步法固相合成N掺杂Li4Ti5O12和TiN包覆的N掺杂Li4Ti5O12材料。重点考察氨气浓度对产物晶胞结构、颗粒形貌、粉体结构等的影响。研究结果表明，高温下具有还原性的氨气会将Li4Ti5O12中的Ti4+还原成Ti3+，并形成Li4Ti5O12的N掺杂与TiN包覆。实验通过控制氨气浓度及少量的Ti过量，制备了N掺杂Li4Ti5O12或TiN包覆的N掺杂Li4Ti5O12。研究发现，目标产物的电子电导率与TiN包覆的厚度都与氨气的浓度紧密相关，同时在该还原性氛围中制备得到的粉体的形貌不同于空气氛围焙烧粉体的形貌，是呈片状堆积，振实密度高达1.69 g cm-3。研究发现一个非常有意思的现象，与单纯的N掺杂相比，TiN的包覆并不利于目标产物的容量提高，究其原因是因为TiN不利于锂离子的扩散。电化学测试结果表明在3％NH3-N2氛围焙烧得到的产物的性能最好，在20 C的倍率条件下放电比容量可达到103 mAh q-1，循环100次后衰减率仅为3％。　　论文提出了一种新颖的制备方法以合成具有优异的电化学性能的TiO2包覆N掺杂Li4Ti5O12复合物。实验采用高能球磨辅助固相法，通过氮化-氧化两步法制备该复合物。论文详细考察了反应物中Li∶Ti的比例、二次焙烧温度及二次焙烧时间对Li4Ti5O12的结构、形貌及电化学性能的影响，并优化了复合物的制备工艺条件。研究结果表明，在反应物Li∶Ti摩尔比为1∶1.4，二次焙烧温度为600℃，二次焙烧时间为6h时，所得产物的倍率性能最优异。其20 C的倍率下的放电比容量可达到140 mAh g-1，且20C循环100次后几乎无衰减。论文进一步探讨了TiO2包覆N掺杂Li4Ti5O12复合物性能提高的原因。研究结果揭示得到的TiO2包覆Li4Ti5O12复合材料存在丰富的两相界面，有利于电子及锂离子的传递，形成了赝电容效应。　　论文还研究了水热法合成Li4Ti5O12并考察水热时间对其电化学性能的影响。使用氨水-乙醇作为溶剂在弱碱条件下合成了片状与微球共存的Li4Ti5O12。通过SEM图像可知，由纳米片组成的球状Li4Ti5O12随着水热时间的增加而分解，形成纳米片及纳米颗粒组成的微球并存。并对样品的形貌结构的形成进行了机理探讨，提出其形成的过程中可能存在可肯达尔效应。研究结果表明，水热合成的Li4Ti5O12有利于离子快速传输，具有较好的动力学性能。在水热时间为12h时，所制备的样品在20 C的倍率性能可达到143.9 mAh g-1，在10C倍率循环100次后的容量保持率为99％。