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相比于其它可充电电池，锂离子电池具有许多优点，如质量轻、体积小、电压高以及能量密度大等。在过去的几十年里，人们一直致力于高性能锂离子电池电极材料的开发和应用。起初，石墨和碳被选作锂离子电池负极材料。然而碳质材料在首次充电过程中形成钝化膜，消耗部分正极材料的锂离子；而且碳的电位与金属锂的非常接近，过充电时在碳材料的表而会产生锂枝晶，使电池存在安全隐患。采用钛酸锂(Li4Ti5O12)作为锂离子电池的负极材料避免了电池的安全隐患，而且有许多优良的性质，如在1.5 V出现平坦的电压平台，卓越的循环性能以及脱嵌锂离子时应力基本为零。由于具有上述优点，尖晶石结构的Li4Ti5O12引起了许多科学家的兴趣。尽管如此，Li4Ti5O12作为锂离子电池的负极材料也存在一定的缺点，如放电容量偏低(理论容量为175 mAh·g-1)和电子导电能力差，这些缺点限制了其在实际中的应用。
本文分别采用溶剂热法、溶胶-凝胶法和固相法合成了Li4T15O12。采用XRD、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)和电化学测试等对制得的产品进行表征。结构分析表明，不同制备方法均能得到单相尖晶石结构的Li4Ti5O12。电化学测试结果表明，固相法制备的样品具有高的容量以及优异的倍率性能。以30 mA·g-1的电流密度进行充放电，初始容量为172 mAh·g-1，循环50次后容量仍为152mAh·g-1，容量的保持率为88.2％。当以600 mA·g-1(相当于4C)的电流密度充放电时，初始放电容量可达149 mAh·g-1，循环50次容量仍为128 mAh·g-1，容量保持率为85.7％。而溶剂热法合成的Li4Ti5O12样品表现出较差的循环性能：以30 mA·g-1的电流密度充放电时，所能放出的最大容量为156 mAh·g-1，循环50次后容量衰减为93 mAh·g-1，容量保持率仅为59.6％。溶胶-凝胶法合成样品的电化学性能则介于溶剂热法与固相法样品之间。为了探索具有高比容量和高电子导电率的锂离子电池负极材料，我们合成了Li4Ti5O12/Co3O4和Li4Ti5O12/ZnO等复合材料，并对其电化学性能进行了研究。结果表明，当Co3O4的质量百分含量低于20％时，氧化物对Li4Ti5O12的电化学性能基本无影响。但是，当Co3O4的含量增加到20％时，Li4Ti5O12/Co3O4复合物的电化学性能不但没有得到提高，反而下降。与Li4Ti5O12/Co3O4复合物不同，当ZnO的含量为2％时，Li4Ti5O12/ZnO复合物在50次充放电循环以内的容量和循环性能得到一定程度的提高；而其它ZnO含量的复合物，容量和循环性能均未得到提高。
本研究合成了CeO2样品和Zn0.82Mg0.18O薄膜，并对其电化学性能进行研究。利用水热法和溶剂热法合成了CeO2样品，对其XRD进行拟合，结果显示CeO2样品的颗粒尺寸分别为4 nm和20 nm。分别采用铜箔和铝箔作为集流器，对所得的CeO2样品进行电化学性能测试。结果发现，以铜箔为集流器时，两样品都放出很低的容量；而当以铝箔为集流器时，两样品均放出非常高的容量(4877 mAh·g-1)。这个结果说明，采用铝箔为衬底放出的高容量不是CeO2样品本身的特性，该容量应该来源于铝箔。因为金属铝本身就可以作为锂离子电池的负极材料，容量约为1000 mAh·g-1，电压平台在0.01-1.2 V范围内。测试后的电池被打开，结果发现铜箔为衬底的极片仍然完好无损，而铝箔为衬底的极片已经完全被粉化。该结果进一步证明金属铝参与了充放电反应。采用磁控溅射方法制备了Zn0.82Mg0.18O薄膜，并利用XRD、SEM和电化学测试对薄膜进行了表征。电化学测试结果表明，Zn0.82Mg0.18O薄膜具有比ZnO薄膜优异的循环性能，循环50次后，容量仍有329mAh·g-1。