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“零应变”结构的尖晶石型Li4Ti5O12材料具有循环性能好、可逆性能好、安全性能好、可进行大倍率充放电的优异性能，且高温制备工艺简单，成本低和环境特性良好，被视为最具应用前景的一种锂离子电池负极材料，但该材料电子导电率和离子导电率均比较低，大倍率充放电性能差。本文采用高温固相法合成了Li4Ti5O12负极材料，优化了合成工艺，通过离子掺杂和碳包覆进行了改性研究，并对废旧Li4Ti5O12/Li电池进行了回收工艺的初步探索。首先，考察了锂源、烧结温度、锂钛比对高温固相法制备Li4Ti5O12材料性能的影响。结果表明，以Li2CO3和TiO2为原料，650℃烧结14h，Li:Ti=0.86时能获得性能最好的Li4Ti5O12材料。在优化工艺的基础上合成Li4Ti5O12，0.5C，1C，2C，3C，5C充放电时容量分别达到132mAh g-1，125 mAh g-1，119 mAhg-1，110 mAh g-1，90 mAh g-1，大倍率充放电时容量明显降低。其次，研究了金属离子掺杂对Li4Ti5O12结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明，当V5+在钛位掺杂，x=0.04时得到的Li4Ti5-xVxO12材料颗粒尺寸细小、分布均匀，0.5C、1C、2C、3C、5C充放电时其比容量分别达到145mAh g-1、140 mAh g-1、130 mAh g-1、120 mAh g-1、100 mAh g-1，说明一定量V5+离子的掺杂改善了Li4Ti5O12材料的倍率性能。当Ti3+离子部分取代钛位Ti4+离子时，并没有提高材料的电化学性能，反而使其性能降低很多。当Na+在锂位掺杂，x=0.06时合成的Li3.94Na0.06Ti5O12其倍率性能比较好，3C充放电时其比容量仍可保持在120mAh g-1左右。此外，采用了蔗糖、活性炭、硬脂酸和柠檬酸四种碳源对Li4Ti5O12进行了碳包覆改性。结果表明，蔗糖添加量为Li4Ti5O12的5 mass%时，颗粒尺寸大小均匀，1C充放电时其比容量达到145mAh g-1。2C，3C，5C充放电时其比容量分别为120 mAh g-1，110 mAh g-1，90 mAh g-1；活性炭为碳源合成的Li4Ti5O12/C复合材料的颗粒尺寸比较大，电化学性能比较差；硬脂酸为碳源时，并不能提高材料的电子导电性，反而使其电化学性能下降很多；当柠檬酸的添加量为3 mass%时，0.5C充放电时比容量平均达到158mAh g-1，1C、5C放电时比容量分别保持在152mAh g-1、110 mAh g-1左右，大倍率充放电性能有了提高。最后，还探索了废旧锂离子电池中钛酸锂的回收和再利用。结果表明，经NaOH浸泡回收，并加入少量碳酸锂在650℃烧结7h处理的Li4Ti5O12材料0.5C充放电时，20次循环后达到80mAh g-1左右，1C充放电时材料的容量保持率比较好，20次循环内基本保持在75mAh g-1左右。