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尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12,LTO)被认为是有发展前景的锂离子电池负极材料,作为一种零应变材料,在安全性能和循环稳定性能上较传统的石墨负极展示出明显的优势。但不可否认的是,LTO本身固有的电子导电率和锂离子扩散较差,很大程度上限制LTO作为负极材料的进一步商用和发展。目前大量的研究工作集中在LTO的改性研究,可大致分为三种方法:(1)设计纳米结构和形貌;(2)表面改性;(3)掺杂离子。在本文中,通过改良的水热法合成了空白LTO负极材料,在此基础上通过在反应过程中加入相应的金属盐来实现离子掺杂,掺入的离子分别为Zr4+、Mo6+、La3+,借助XRD、SEM等物理表征手段对材料的结构进行分析,CV、EIS等测试对所得到的试样的电化学性能进行探究,得到最合适的掺杂量,并就电化学性能的加强提出合理的解释。首先,通过简单的水热反应制备了 Zr4+掺杂LTO和空白LTO负极材料。XRD结果证明Zr4+离子掺入到晶格内且不改变其基本结构并增加LTO的晶格参数。Zr4+掺杂和空白LTO样品由不规则的纳米片随机堆叠在一起,大小在200～500 nm之间。电化学性能测试结果表明:掺杂一定量的Zr4+可明显改善电极材料的电化学性能,最佳样品0.15Zr-LTO具有206.4 mAh g-1的高初始放电容量和不同倍率下的最佳倍率性能(特别是在10 C的比容量为149.1 mAh g-1),展示出明显小于空白LTO的电化学极化和电化学阻抗。此外,所有掺杂样品在1 C,10 C和20 C具有优异的长期循环稳定性。Mo6+掺杂Li4Ti5-xMoxO12(x=0.05,0.10,0.15)薄纳米片负极采用简单易行的一步水热法合成。Mo6+的掺入不改变尖晶石LTO结构、纳米片形貌和LTO的电化学反应机理,同时会增加晶格参数。在电化学性能方面,0.1OMo-LTO样品展示出最佳的倍率性能,显示出高放电容量177.2 mAh g-1,并且在10 C倍率下仍具有154.1 mAh g-1的比容量,远高于空白LTO的92.9 mAh g-1。此外,0.1OMo-LTO样品表现出较好的循环稳定性能,在1 C下循环100圈后容量保持率为95.0%,甚至是在10 C和20 C倍率下循环500圈后,仍具有128.9 mAh g-1和120.7 mAh g-1的比容量。La3+掺杂 Li4-xTi5LaxO12(x=0.05,0.10,0.15)样品中,La3+掺入到 LTO 晶格内并未改变其基本结构,呈现出更薄的纳米片结构。此外,在500次循环后,0.10La-LTO的放电比容量在10 C时为101.9 mAh g-1,同时0.10La-LTO在倍率充放电过程中,即使是在10 C倍率下仍保持着130 mAh g-1的比容量值,明显高于空白 LTO 的 92.9 mAh g-1。