尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂负极材料,凭借其在锂离子电池充放电过程中体积几乎不变的“零应变”结构特性,能够较好地满足现代电子产品对高性能、高容量电池的要求。但由于Li₄Ti₅O₁₂本身是一种绝缘材料,电子电导率较低,在高倍率下极化严重导致容量衰减迅速,在应用到锂离子电池前亟需改善性能。本论文对Li₄Ti₅O₁₂的制备及其电化学性能改性进行了一系列研究,主要内容如下:采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯和碳酸锂为原料成功合成了负极材料Li₄Ti₅O₁₂,在此基础上制备了P⁵⁺掺杂改性的Li₄Ti_5-xP_xO₁₂材料,最后将Li₄Ti_5-xP_xO₁₂材料组装成电池并进行恒流充放电测试、交流阻抗测试和循环伏安测试。结果表明850℃时合成的尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂负极材料表现出较高的放电比容量。经P⁵⁺掺杂的LTO-P2(Li₄Ti_4.8P_0.2O₁₂)样品组装的电池具有最高的放电比容量和最佳的循环稳定性,在1 C充放电倍率下首次放电比容量达到132.1 m Ah/g,循环500次之后仍然保持128.3 m Ah/g的放电比容量。采用过氧化氢辅助水热法,以钛酸丁酯和氢氧化锂为原料成功制备出Li₄Ti₅O₁₂负极材料,以该Li₄Ti₅O₁₂为电极材料组装的锂离子电池在1 C充放电倍率下首次放电比容量达到174.6 m Ah/g,接近其理论比容量（175 m Ah/g）。在此基础上,加入Mg²⁺,Ca²⁺,Al³⁺作为掺杂离子对Li₄Ti₅O₁₂进行改性研究,通过分别将Li_4-xMg_xTi₅O₁₂,Li_4-yCa _yTi₅O₁₂,Li₄Ti_5-zAl_zO₁₂材料各自组装成电池并进行恒流充放电测试、交流阻抗测试和循环伏安测试,结果表明三种离子的掺杂钛酸锂均在电化学性能上有一定的提升,其中Al³⁺掺杂效果最佳,Al³⁺掺杂量为10%的LTO-AL10(Li₄Ti_4.5Al_0.5O₁₂)样品有最高的放电比容量217.9 m Ah/g和锂离子扩散系数3.72*10^-13 cm²·S。首次尝试Si₃N₄包覆改性Li₄Ti₅O₁₂制备Li₄Ti₅O₁₂/Si₃N₄复合负极材料。研究了不同Si₃N₄包覆量对Li₄Ti₅O₁₂负极材料电化学性能的影响。结果表明,在1 C充放电倍率下,包覆量为2%的LTO-SN2(Li₄Ti₅O₁₂/0.02Si₃N₄)样品显著提高了放电比容量（达到198.4m Ah/g）,且在循环200次之后,容量保持率达到89.41%。