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在世界能源危机日益凸显的今天,寻找新的可替代清洁能源和性能优良的储能设备成为全世界研究的热点。钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)是一种前景广阔的新能源电池材料。钛酸锂作为锂离子电池材料具有可观的理论比容量(175 mAh·g-1)以及在锂离子脱嵌过程中几乎不发生应变的特性,较高且稳定的电极电压也进一步保证了钛酸锂电池的安全稳定性。但是电池电导率(<10-1313 S·cm-1)以及锂离子扩散系数(10-1610-1919 cm2·s-1)都比较低,高倍率充放电工况下表现不佳,限制了该材料在动力电池中的应用。本文将从表面改性的角度入手,在钛酸锂颗粒表面引入碳层、其他金属氧化物等高导电相,提升材料的锂离子扩散速率和电导率,改进钛酸锂的电化学性能。碳包覆是一种常规的表面改性手段,能够利用碳本身的高电导率为材料增加导电性能;同时碳材料有很好的孔状结构、网状结构等有利于锂离子传导的形貌,能够综合提升材料的电化学性能。目前很多的碳包覆手段过程繁琐,工序复杂,制备难度大。本文结合有机物聚合的知识,将二氧化钛分散在有机物乳液中,催化剂作用下氮气保护在二氧化钛表面聚合一层聚吡咯,再将前驱体与锂源混合在氮气氛围下高温烧结一步制备核壳结构碳包覆钛酸锂电池材料。在10C高倍率下放电比容量125 mAh·g-1,0.5C循环60次后依然保持95%的放电比容量,且锂离子扩散速率达到2.856×10-1212 cm2 S-1,材料的电化学性能得到了全面的提升。当钛酸锂基体中引入其他掺杂元素,不仅需要关注其对于钛酸锂晶格的影响,有些元素也会对钛酸锂的表面性能产生影响。锶氧化物是一种键能较小的物质,当与其他晶体复合时容易自发的在基体表面富集。利用锶元素表面富集的性质,将锶元素引入钛酸锂材料制备中去,制备锶元素富集表面改性钛酸锂电极材料。锶元素极少进入钛酸锂的晶格,会在钛酸锂表面自发形成SrO2,提高材料的电化学性能,在1C充放电倍率下放电比容量188 mAh·g-1,10C充放电倍率下放电比容量103 mAh·g-1,锂离子扩散系数2.748×10-12 cm2 S-1,电化学性能优越。除了锶元素具备表面富集的特性,铈元素也具有类似的特性。铈离子的离子半径更接近于钛离子,与钛酸锂有更好的相容性。将铈元素引入到钛酸锂的制备中去,得到了Ce3+掺杂CeO2表面修饰的钛酸锂材料。在材料中Ce3+进入到了钛酸锂的晶格,扩大了晶面间距,同时在基体表面形成立方萤石结构的CeO2,两者协同作用影响材料电化学性能。10C充放电倍率下材料的放电比容量达到120 mAh·g-1,锂离子扩散系数2.01381×10-1414 cm2 S-1,首次库伦效率更是达到98%以上,改性效果明显。