1、與已經(jīng)商業(yè)化的石墨負極相比，尖晶石型的Li4Ti5O12被廣泛認為是最有希望在鋰離子電池上大規(guī)模應用的電極材料之一。Li4Ti5O12在充放電過程中有一個平坦且相對較高的嵌鋰電位1.55V(vs. Li/Li+)，這樣就避免了鋰枝晶的出現(xiàn)，具有更高的安全性；Li4Ti5O12在充放電過程中體積幾乎不發(fā)生變化，是一種零應變材料；Li4Ti5O12擁有較高的熱穩(wěn)定性，尤其在高溫條件下。然而Li4Ti5O12的電子導電率比較低（＜10-13

2、S cm-1），限制了其實際應用。本論文通過摻雜Nb5+、包覆高電導率的摻氮的碳以及構(gòu)建多級的納-微相結(jié)合的結(jié)構(gòu)等方法改善Li4Ti5O12的電化學性能。具體研究內(nèi)容如下：
　?。?）采用靜電紡絲技術制備了1D多級結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12/C以及不同 Nb摻雜的Li4Ti5O12/C纖維，研究了不同的摻雜量對其電化學的影響。研究表明，Nb-Li4Ti5O12/C具有良好的倍率性質(zhì)以及循環(huán)穩(wěn)定性，其中Li4Ti4.95Nb0.05O

3、12/C在10 ℃下的初始容量為140.1mAhg1，恒流充放電100次后容量為139.7mAhg1，僅有0.286％的容量損失。Li4Ti4.95Nb0.05O12/C由二次納米顆粒鑲嵌的1D多級結(jié)構(gòu)縮短了充放電過程中Li+的傳輸路徑，增大了電極材料與電解液的接觸面積，Nb5+的摻雜導致材料中同時存在Ti4+/Ti3+，在材料以及內(nèi)部的二次顆粒表面均勻包覆的碳層，大大增加了材料的導電率，有利于電解液離子在電極材料內(nèi)部的快速穿插。

4、>　?。?）將預包碳技術高能球磨相結(jié)合，制備了Li4Ti5O12、碳包覆的Li4Ti5O12以及摻氮的碳包覆的Li4Ti5O12納米顆粒，詳細探討并對比了其電化學行為。摻氮的碳造成了碳結(jié)構(gòu)的缺陷且在材料內(nèi)部形成了一個連續(xù)的導電網(wǎng)絡，大大提高了材料的導電性，另外在材料表面均勻的碳層包覆抑制了材料顆粒在高溫反應時的生長，納米級的顆粒保證了充放電時鋰離子的快速脫嵌。在20℃的大倍率下，摻氮碳包覆的Li4Ti5O12的放電容量為128.2mAh

5、g-1，在1℃下經(jīng)過1000次的循環(huán)后，容量保持率高達95.9%。
　　（3）采用水熱方法制備了多級結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12微納米球，這種多級的納-微結(jié)構(gòu)增大了活性物質(zhì)與電解液的接觸面積，有利于鋰離子和電子的傳輸，同時還縮短了鋰離子在活性物質(zhì)中的擴散路徑。不同的Li/Ti配比對產(chǎn)物的組成與純度的影響研究表明，在最佳Li/Ti配比條件下所制備的Li4Ti5O12在1℃倍率充放電時的放電容量達163.5mAhg-1，100次循環(huán)后容量