电极材料对锂离子电池的性能有着很大的影响,石墨表现出较低的能量密度,并且由于在高电流密度下会产生锂树枝状生长而具有严重的安全问题。在所研究的负极材料中,Li₄Ti₅O₁₂（LTO）被认为是可以替代石墨的负极材料之一。然而LTO材料由于其固有的低电导率(10^-13S/cm)限制了它的应用,为了改善这一缺陷,在本论文中我们对LTO材料进行了元素掺杂。因为大多数的氧化物作为电极材料都是绝缘体,电子导电性较差,在制备LIBs的过程中,经常需要在含有电化学活性氧化物材料和有机粘结剂的浆料中加入导电但易燃的碳材料,使电化学反应产生连续可逆能力。一种合适的不含导电剂碳的电极对于制造全固态锂离子电池是非常有必要的。LTO的一个重要优点是,它可以使LIBs在电极中没有导电碳剂的情况下完成其循环行为。具体的研究内容如下:（1）使用溶胶-凝胶法制备了Li_4-xNa_xTi₅O₁₂（x=0,0.8,1.2,1.6）材料。钠离子的半径明显大于锂离子的半径,单独掺杂Na⁺将扩大LTO的晶格参数。使Li⁺更容易迁移从而实现Li₄Ti₅O₁₂的改性,大量的钠离子掺杂会使Li₄Ti₅O₁₂电极具有更低的放电平台从而提高锂离子电池的能量密度。实验结果表明在LTO中适当的用钠离子替代锂离子可以提高其电化学性能,包括电位平台、放电比容量和长循环稳定性。（2）无碳氧化物电极对于全固态锂离子薄膜电池来说是非常理想的,但是由于其电子导电性差,电化学性能很差。在这项工作中,我们通过溶胶-凝胶法制备了用于锂离子电池的负极材料Li₄Ti₅O₁₂、Li_3.97Na_0.03Ti₅O₁₂、Li₄Ti_4.9W_0.1O₁₂和Li_3.97Na_0.03Ti_4.9W_0.1O₁₂。以合成的四种样品分别作为负极活性物质制备了含碳电极和无碳电极。通过对比实验,证实了Na⁺掺杂主要提高Li₄Ti₅O₁₂晶体的离子传导率,而W⁶⁺掺杂主要提高了晶体的电子电导率。结果表明,（Na,W）共掺杂明显提高了钛酸锂晶体的离子电导率和电子电导率,从而提高了锂离子晶体的倍率性能。特别是,无碳的Li₄Ti₅O₁₂电极要比含碳的Li₄Ti₅O₁₂电极具有更加明显的增强效果。使得无碳Li₄Ti₅O₁₂电极的倍率性能和循环稳定性都有了显著的提高。目前的研究结果表明（Na,W）共掺杂的Li₄Ti₅O₁₂材料有可能应用于全固态锂离子电池中。