在能源的儲存與轉(zhuǎn)化方面，化學(xué)電源、超級電容器、鋰離子電池、水溶液電池、太陽能電池及燃料電池等儲能與轉(zhuǎn)化裝置正發(fā)揮出日益重要的作用。而鋰離子電池( LIB) 具有比能量高、循環(huán)性能好、壽命長及無污染等優(yōu)點(diǎn)，已在便攜式電子設(shè)備如手提電腦、攝像機(jī)、移動通訊中得到廣泛應(yīng)用。LIB 電化學(xué)性能主要取決于電極性能，而對于陰極和陽極電極材料的選擇起著關(guān)鍵作用。目前商品化的LIB 負(fù)極材料大多采用各種嵌鋰碳材料，碳材料存在一些致命的缺陷，如材料制備方法較復(fù)雜; 在循環(huán)過程中易形成表面鈍化膜，導(dǎo)致容量損失; 同時(shí)，易析出鋰枝晶，使電池短路，從而引發(fā)安全問題等。同碳負(fù)極材料相比，合金類負(fù)極材料具有較高的比容量，但其循環(huán)性能相對較差。因此，有必要開發(fā)能滿足倍率和安全要求的新型負(fù)極材料。

尖晶石鈦酸鋰( Li4Ti5O12) 因其固有的特性而被認(rèn)為是用于大功率LIB 中最有前途的陽極材料之一。一方面，它具有較高的嵌鋰電位，可防止鋰枝晶的出現(xiàn)和固體電解質(zhì)界面膜( SEI 膜) 的形成［11］，從而安全性能得到提高。另一方面，Li4Ti5O12在鋰嵌入/脫嵌過程中體積變化非常小，因此被稱為“零應(yīng)變”材料，這種“零應(yīng)變”特性使其具有優(yōu)良的可逆性和較長的壽命。雖然Li4Ti5O12在LIB 中具有很大的應(yīng)用潛力，但其電導(dǎo)率低，Li + 擴(kuò)散系數(shù)小，在一定的程度上阻礙了其發(fā)展。針對此缺陷，對其進(jìn)行改性，下文有詳細(xì)介紹。

1.  合成方法

Li4Ti5O12的制備方法有很多種，常用的制備方法包括: 固相法、溶膠-凝膠法、水熱法。其它的制備方法，如模板法、噴霧干燥法、靜電紡絲法等。不同的制備方法，對材料影響程度不同，因此，材料的性能也會隨著制備方法不同而發(fā)生改變。

1.1  固相法

固相法合成Li4Ti5O12，一般是以銳鈦礦TiO2和偏鈦酸［TiO(OH)2］為鈦源，以Li2CO3、LiNO3、氫氧化鋰( LiOH·H2O) 、乙酸鋰［Li(CA)·2H2O］為鋰源，按照一定的比例將鈦源和鋰源進(jìn)行混合，在高溫下(700～1000 ℃)煅燒一定的時(shí)間(10～24h)，得產(chǎn)Li4Ti5O12。

高利亭等采用熔鹽輔助固相法制備納米Li4Ti5O12。在20C高倍率下首次放電比容量可達(dá)到110.6mAh/g，循環(huán)1000次后容量保持率為89.8%，說明產(chǎn)物具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。馬光強(qiáng)等采用固相法合成Li4Ti5O12，考察了鋰鈦摩爾比和燒結(jié)溫度對樣品的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明: 鋰鈦摩爾比為0.83，燒結(jié)溫度800℃，在該條件下合成出的產(chǎn)品電學(xué)性能最優(yōu)。

固相法是一種操作簡單、適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法，也是許多材料合成的首選方法。傳統(tǒng)固相法制備的樣品顆粒大小、形貌以及均勻性都較差，大大影響材料的電化學(xué)性能。但近年來，Jin等研究者通過對合成方法進(jìn)行改進(jìn)，采用球磨輔助高溫固相法，克服了傳統(tǒng)固相合成法存在的缺點(diǎn)，在制備小顆粒和形貌規(guī)整的Li4Ti5O12方面取得了較大進(jìn)展。

1.2  溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法制備Li4Ti5O12，通常以鈦酸四丁酯［Ti(OC4H9)4］、四氯化鈦(TiCl4)、異丙醇鈦(Ti［OCH(CH3)2］4) 等為鈦源，Li(CA)·2H2O、LiOH·H2O 等為鋰源，水、乙醇等作為溶劑，檸檬酸(CA) 、丙烯酸、草酸、乙二胺四乙酸(EDTA) 、十二烷基硫酸鈉(SDS) 、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)等作為螯合劑。一般是將有機(jī)或者無機(jī)化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠三個過程進(jìn)行分散、混合和固化，最后再經(jīng)過熱處理即可獲取相應(yīng)的材料。

Zhang等采用雙組分螯合劑［乙二胺四乙酸(EDTA)和檸檬酸(CA)，合成出的Li4Ti5O12表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能，在1C下，經(jīng)過1000次循環(huán)后，容量保持率高達(dá)97%。在10C下，首次放電比容量為108mAh/g。由于雙組分螯合劑在煅燒過程中產(chǎn)生氣體，能有效地防止納米顆粒團(tuán)聚。Wang等以十六烷基胺(HAD)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過溶膠-凝膠法合成球形的Li4Ti5O12。在10C下進(jìn)行充放電，其首次放電比容量為148.6mAh/g，循環(huán)500次后，容量保持率為97.3%，樣品具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。優(yōu)良的性能歸功于亞微米球，使樣品具有很快的Li+和電子傳輸速度，從而改善了性能。

由于溶膠-凝膠法在制備材料過程中，所需溫度低，煅燒時(shí)間短，合成的材料形貌規(guī)整且粒度小，因而是一種較好的制備超細(xì)粉末材料的方法。采用溶膠-凝膠法合成的Li4Ti5O12通常具有粒徑分布很窄及優(yōu)良的電化學(xué)性能。但是由于原材料中會有有機(jī)物參與，導(dǎo)致合成成本較高，因此該方法并不適合實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用。