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尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)作为“零应变”材料,由于其具有突出的安全性能、良好的循环稳定性、微小的体积变化及低廉的成本,使其成为具有巨大潜力的新型锂离子电池负极材料。以钛酸丁酯（TBT）和LiOH·H2O作为原料,乙二醇、去离子水作为溶剂,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为结构导向剂,采用水热反应法合成了具有尖晶石结构的球形钛酸锂,通过X射线衍射分析、扫描电镜分析、透射电镜分析以及电化学性能测试对合成参数进行了优化。研究结果表明,在反应温度为170℃,反应36 h,经600℃热处理2h后制备出直径在1～2μm之间的钛酸锂微球。在0.1C倍率下放电比容量最高,为162.7 mA h g-1,经过50次充放电循环后,比容量为157.5 mA h g-1,容量保持率达96.8%。利用水热过程加入碳酸氢铵作为结构导向剂,通过碳酸氢铵在加热过程中分解形成气泡,引导钛酸锂前驱体空心微球的形成,制备出中空球形的钛酸锂。充放电测试表明随着充放电倍率的增大（0.1C到20C）,钛酸锂空心球的首次放电容量分别为176.4 mA h g-1、164.7 mA h g-1、157.4 mAh g-1、154.2 mAh g-1、141.4 mAh g-1、127.4 mAh g-1、112.7 mA h g-1,充放电循环10次后容量保持率分别为98.4%、97.8%、99.7%、97.5%、98.7%、98.0%及96.2%,维持在较高水平。在水热法合成的中空结构Li4Ti5O12的基础上掺杂了Mg2+,掺杂Mg2+后的中空钛酸锂较掺杂之前的钛酸锂在放电容量方面有了明显的提高,阻抗下降。倍率为0.1C时,水热法制备的中空Li3.9Mg0.1Ti5O12的首次放电容量达到了 182 mAh g-1,10次循环之后的容量保持率为97.8%;水热法制备的Li4Ti5O12和Li3.9Mg0.1Ti5O12电荷转移阻抗分别为330.2Ω和201.1Ω。研究发现,中空微球钛酸锂作为负极材料的充放电性能和倍率性能优于球形钛酸锂,掺杂镁离子后的中空微球钛酸锂比未掺杂之前的钛酸锂具有更好的电化学性能和更低的阻抗。