综述：Li4Ti5O12尖晶石负极：从制备到改性的高性能策略探索

这篇综述系统探讨了锂钛氧尖晶石（LTO）作为锂离子电池（LIBs）负极材料的优势与挑战，重点分析了其高安全性、零应变特性及快充性能，并综述了元素掺杂（doping）、表面包覆（coating）等改性策略对提升LTO电化学性能（如导电性、比容量）的作用机制，为开发高性能LIBs负极提供了理论指导。

　　

结构特性与电化学优势

Li₄Ti₅O₁₂（LTO）具有独特的尖晶石结构（空间群Fd-3m），其三维锂离子扩散通道和“零应变”特性（体积变化<1%）赋予材料超长循环稳定性（>10,000次）。相较于石墨负极，LTO的1.55 V（vs. Li/Li⁺）高工作电压可避免锂枝晶形成，显著提升安全性。然而，其本征电子电导率（10^?8–10^?13 S cm^?1）和理论容量（175 mAh g^?1）的局限性制约了高能量密度场景应用。

合成方法优化

固相法、溶胶-凝胶法和水热法是制备LTO的主流技术。溶胶-凝胶法可生成纳米级颗粒（<100 nm），比表面积提升至80 m² g^?1，使锂离子扩散速率提高3个数量级；微波辅助合成则将反应时间从12小时缩短至30分钟，同时保持99%的结晶度。

改性策略突破

元素掺杂：三价阳离子（Al³⁺、Cr³⁺）取代Ti位可引入氧空位，使电导率提升至10^?3 S cm^?1；碳包覆：石墨烯包覆层（2 nm厚度）构建导电网络，使0.5 C倍率下容量保持率达95%。形貌调控：中空微球结构缩短Li⁺扩散路径至500 nm，20 C放电容量仍达160 mAh g^?1。

挑战与展望

解决LTO产气问题需开发新型电解质添加剂；多尺度模拟（DFT计算）可指导精准掺杂；与高电压正极（如NMC811）匹配有望将全电池能量密度提升至250 Wh kg^?1。未来研究需建立“掺杂元素-晶格畸变-电化学行为”的定量构效关系模型。