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在能源的储存与转化方面，化学电源、超级电容器、锂离子电池、水溶液电池、太阳能电池及燃料电池等储能与转化装置正发挥出日益重要的作用。而锂离子电池( LIB) 具有比能量高、循环性能好、寿命长及无污染等优点，已在便携式电子设备如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到广泛应用。LIB 电化学性能主要取决于电极性能，而对于阴极和阳极电极材料的选择起着关键作用。目前商品化的LIB 负极材料大多采用各种嵌锂碳材料，碳材料存在一些致命的缺陷，如材料制备方法较复杂; 在循环过程中易形成表面钝化膜，导致容量损失; 同时，易析出锂枝晶，使电池短路，从而引发安全问题等。同碳负极材料相比，合金类负极材料具有较高的比容量，但其循环性能相对较差。因此，有必要开发能满足倍率和安全要求的新型负极材料。
尖晶石钛酸锂( Li4Ti5O12) 因其固有的特性而被认为是用于大功率LIB 中最有前途的阳极材料之一。一方面，它具有较高的嵌锂电位，可防止锂枝晶的出现和固体电解质界面膜( SEI 膜) 的形成［11］，从而安全性能得到提高。另一方面，Li4Ti5O12在锂嵌入/脱嵌过程中体积变化非常小，因此被称为“零应变”材料，这种“零应变”特性使其具有优良的可逆性和较长的寿命。虽然Li4Ti5O12在LIB 中具有很大的应用潜力，但其电导率低，Li + 扩散系数小，在一定的程度上阻碍了其发展。针对此缺陷，对其进行改性，下文有详细介绍。
1. 合成方法
Li4Ti5O12的制备方法有很多种，常用的制备方法包括: 固相法、溶胶-凝胶法、水热法。其它的制备方法，如模板法、喷雾干燥法、静电纺丝法等。不同的制备方法，对材料影响程度不同，因此，材料的性能也会随着制备方法不同而发生改变。
1.1 固相法
固相法合成Li4Ti5O12，一般是以锐钛矿TiO2和偏钛酸［TiO(OH)2］为钛源，以Li2CO3、LiNO3、氢氧化锂( LiOH·H2O) 、乙酸锂［Li(CA)·2H2O］为锂源，按照一定的比例将钛源和锂源进行混合，在高温下(700～1000 ℃)煅烧一定的时间(10～24h)，得产Li4Ti5O12。
高利亭等采用熔盐辅助固相法制备纳米Li4Ti5O12。在20C高倍率下首次放电比容量可达到110.6mAh/g，循环1000次后容量保持率为89.8%，说明产物具有优良的电化学性能。马光强等采用固相法合成Li4Ti5O12，考察了锂钛摩尔比和烧结温度对样品的结构和电化学性能的影响。结果表明: 锂钛摩尔比为0.83，烧结温度800℃，在该条件下合成出的产品电学性能最优。
固相法是一种操作简单、适合大规模的工业化生产的合成方法，也是许多材料合成的首选方法。传统固相法制备的样品颗粒大小、形貌以及均匀性都较差，大大影响材料的电化学性能。但近年来，Jin等研究者通过对合成方法进行改进，采用球磨辅助高温固相法，克服了传统固相合成法存在的缺点，在制备小颗粒和形貌规整的Li4Ti5O12方面取得了较大进展。
1.2 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法制备Li4Ti5O12，通常以钛酸四丁酯［Ti(OC4H9)4］、四氯化钛(TiCl4)、异丙醇钛(Ti［OCH(CH3)2］4) 等为钛源，Li(CA)·2H2O、LiOH·H2O 等为锂源，水、乙醇等作为溶剂，柠檬酸(CA) 、丙烯酸、草酸、乙二胺四乙酸(EDTA) 、十二烷基硫酸钠(SDS) 、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等作为螯合剂。一般是将有机或者无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶三个过程进行分散、混合和固化，最后再经过热处理即可获取相应的材料。
Zhang等采用双组分螯合剂［乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CA)，合成出的Li4Ti5O12表现出优良的电化学性能，在1C下，经过1000次循环后，容量保持率高达97%。在10C下，首次放电比容量为108mAh/g。由于双组分螯合剂在煅烧过程中产生气体，能有效地防止纳米颗粒团聚。Wang等以十六烷基胺(HAD)为结构导向剂，通过溶胶-凝胶法合成球形的Li4Ti5O12。在10C下进行充放电，其首次放电比容量为148.6mAh/g，循环500次后，容量保持率为97.3%，样品具有优良的循环稳定性和倍率性能。优良的性能归功于亚微米球，使样品具有很快的Li+和电子传输速度，从而改善了性能。
由于溶胶-凝胶法在制备材料过程中，所需温度低，煅烧时间短，合成的材料形貌规整且粒度小，因而是一种较好的制备超细粉末材料的方法。采用溶胶-凝胶法合成的Li4Ti5O12通常具有粒径分布很窄及优良的电化学性能。但是由于原材料中会有有机物参与，导致合成成本较高，因此该方法并不适合实际的生产应用。
