目前，嵌锂碳材料由于具有良好的循环稳定性、理想的充放电平台和较高的性价比，常被作为锂离子电池负极材料。但由于碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，在碳电极表面易析出锂枝晶而发生短路;当温度过高时，易引起热失控，且锂离子在进行反复脱嵌的过程中，会使碳材料结构遭到破坏，致使容量衰减。因此，寻找能在碳负极电位稍正的电位下嵌入锂，且具有高比容量、安全可靠的新型负极材料，成为极有意义的课题。钛氧基类化合物也是现在研究得比较多的一类负极材料，包括TiO2 、LiTi2O4、Li4Ti5O12 、Li2Ti3O7以及它们的掺杂改性材料。其中使用尖晶石型Li4Ti5O12作为负极材料，近年来成为国内外研究的热点。
改性
尖晶石型钛酸锂虽然具有许多优良的性能，但也存在缺点，如:电子电导率低，大电流放电易产生较大的极化等，限制了其商业应用。因此，对Li4Ti5O12进行改性成为目前的研究重点。研究者采用纳米化、引入导电碳、金属元素掺杂、阴离子掺杂以及复合改性等方法，对Li4Ti5O12进行改性，提高导电性和倍率性能，保持高可逆容量和良好的循环稳定性。
纳米化
Li等以TiO2和LiOH为原料，通过低温水热反应制得纳米管(线、棒、带)状钛酸，并以此为前驱体加入LiOH，进行锂离子交换反应制备了形状可控、电化学性能优良的纳米管、线状Li4Ti5O12。测试表明，与采用传统高温固相法制备的钛酸锂材料相比，水热合成法制备的材料，电荷转移阻抗及动力学数据都得到了改善。
Chen等通过水热反应法，使用CTAB作为模板，以水溶性的钛的复合物[NH4+]4 、[H+]2、[Ti4(C2H2O3)4(C2H3O3)2(O2)4O2]6-作为钛的前驱体，制备了层状介孔网状结构Li4Ti5O12。
Jin等通过固相合成法，选用比表面为250m2g-1的锐钛矿TiO2作为前驱体，制备了尖晶石型Li4Ti5O12纳米颗粒，粒径分布为50~100nm。XRD和TEM测试了Ti02到Li4Ti5O12的相及形貌的转变，电化学性能测试研究了纳米化Li4Ti5O12的倍率性能和循环稳定性。
引入导电碳
引入导电碳可以进行碳包覆和碳掺杂。碳包覆是一种将含碳添加物进行热分解，从而在颗粒表面分散或包覆导电碳，以充当导电桥的改性方法;碳掺杂即将碳粉以一定的比例与原料进行均匀混合后再进行高温焙烧。在制备Li4Ti5O12的过程中添加碳，可使反应前驱体更为紧密、均匀的混合，提高材料的导电性，降低电阻、极化，提高电池的能量密度。
Cheng等采用热蒸发分解，在Li4Ti5O12表面包覆了均衡的石墨化碳，在其研究过程中，C主要起提高电导率的作用。Hun等采用固相合成法，使用纳米孔状球形TiO2 , Li2CO3和沥青作为原料，制备了高振实密度的C- Li4Ti5O12颗粒，并研究了碳包覆用量对材料的物理化学性能和电化学性能的影响。
Jian等人采用溶胶-凝胶法以TiOCl2、NH3、Li2CO3和导电碳黑为原料合成了球形Li4Ti5O12/C复合材料，并对材料进行了TG/DSC、SEM、XRD、BET比表面积分析、激光粒度分析、振实密度测试和电化学测试。
金属元素掺杂
对Li4Ti5O12进行金属掺杂的主要目的是提高材料的导电性，降低电阻和极化。
金属离子掺杂
(1) Li 位掺杂
Chen等用Mg2+一部分取代制备了Li4-xMgxTi5O12尖晶石型材料。XRD图谱显示Mg2+进入了四面体8a和八面体16c位置。
(2) Ti位掺杂
Yi 等采用固相合成法制备了Mo6+掺杂的Li4Ti5-xMoxO12(0≤x≤0.2)材料，进行了XRD、RS、SEM 、CV、EIS和充放电测试。结果表明，Li4Ti5-x MoxO12属于纯相结构，但是当x≥0.1时，可以观察到几个杂质峰的存在。Mo掺杂没有改变材料的电化学反应过程和Li4Ti5O12的尖晶石结构。
金属单质掺杂
Li等采用了一种简易、绿色的方法，使钛的乙醇酸盐在LiOH溶液中转换，合成了介孔Au/ Li4Ti5O12球形材料。与Ti02前驱体相比，钛的乙醇酸盐具有以下优势:(1)反应快且易于制备，(2)直接与LiOH进行反应，而不会引入Ti02杂质。在合成的过程中，仅存在丙酮和EG混合溶剂的化学浪费，而这些溶剂可通过蒸馏，回收利用到下次的合成过程中。
金属氧化物掺杂
Yan等通过把不同量的纳米一SnO2装载在Li4Ti5O12上，得到了电化学性能优异的复合材料Li4Ti5O12-SnO2。
阴离子掺杂
Qi等通过固相反应法合成了Br掺杂的尖晶石型Li4Ti5O12-xBrx (0≤x≤3)材料，研究了Li4Ti5O12-xBrx(x=0,0.05,0.2,0.3)材料的结构和电化学特性。
复合改性
纳米化和碳包覆掺杂
Zhu等报道了一种简易的制备过程，通过碳包覆过程和喷雾干燥方法，制备了碳包覆Li4Ti5O12纳米孔状微球(CN-Li4Ti5O12-NMS)。通过碳包覆纳米级的起始颗粒得到微米大小的二次球形材料。纳米级的起始颗粒和纳米厚度的碳包覆层连同内部纳米孔状结构，较好地提高了材料的比容量。
结语
综上所述，本文阐述了纳米化、引入导电碳、金属元素掺杂、阴离子掺杂以及复合改性等方法对钛酸锂材料进行改性的研究近况。对材料进行纳米化时，较小的粒径既有利于电子传输，提高材料的电子传输能力，还有利于缩短锂离子的扩散路径，提高锂离子的扩散能力;引入导电碳进行掺杂和包覆时，在电极上形成了有效的导电网，提高了材料的电子电导率，改善了循环和倍率性能;对钛酸锂进行金属元素掺杂时，适量的掺杂，可以降低电荷迁移阻抗，提高材料的电性能，然而掺杂量过多，会降低样品的比容量;在对材料进行纳米化和碳包覆掺杂复合改性时，结合了纳米化和导电碳的优点，不仅提高了锂离子的扩散能力，而且还在电极上形成了有效的导电网，提高了电子电导率;在复合离子掺杂时，Al3+提高了材料的可逆容量和循环稳定性，而F-却降低了可逆容量和循环稳定性。
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