中國粉體網訊 隨著鋰離子電池商業(yè)化程度的提高，鋰電池已被廣泛用作各類3C電子產品，電網儲能以及電動汽車動力電源。鋰離子電池中的負極材料具有放電平臺電壓低和循環(huán)壽命長等特點，對電池的性能有重要影響。
鈦基氧化物復合材料作為鋰離子電池負極材料，其原料豐富、無毒無害、循環(huán)穩(wěn)定性好、環(huán)境相容性好以及使用安全。但是，鈦基氧化物普遍存在低電導率的問題，導致倍率性能不佳，難以發(fā)揮其自身的容量性能。這些限制了鈦基氧化物在大規(guī)模儲能器件中的實際應用范圍。因此，研究者們在提高鈦基氧化物電導率的道路上花費了很多的時間和精力。
通過對鈦基氧化物改性，包括形貌優(yōu)化，元素摻雜等方法，可以彌補鈦基氧化物電導率低，比容量不足的缺點。
分級多孔材料是材料內部存在著多種尺寸的孔結構材料。通過設計不同層次結構的孔隙，分級多孔材料能夠具有較高的比表面積。核殼結構、中空微球等結構，由于獨特的空腔的存在，能夠有利于電解液的滲透，以納米結構為基元的微球能夠有效提高納米材料的振實密度，從而使電池具有更高的體積能量密度。
自報道通過溶膠凝膠法合成尺度可靠無定型TiO2膠體球（HTCS）以來，無機材料自組裝合成理論得到持續(xù)地發(fā)展。依賴于各種結構導向劑的發(fā)現，HTCS已實現了結構參數可控的制備：所制備的顆粒尺寸可在納米、亞微米到微米范圍（如50納米到3微米），以及球體內部無孔多孔性可調。這些HTCS為進一步自模板晶化合成金紅石、銳鈦礦和TiO2（B）等多孔球，三元、四元鈦基氧化物提供了良好的球形模板。
TiO2的主要晶型結構示意圖：(a)銳鈦礦、(b)金紅石、(c)板鈦礦、(d) TiO2-B
（其中八面體中心與頂角處的小球分別代表Ti和O原子）
有研究人員通過無模板水熱法制備出一種分級多孔銳鈦礦TiO2中空微球，在1C，5C和20C倍率下,循環(huán)1000圈后,材料可逆比容量仍然高達150.7,129.9和104.5 mAh/g。其優(yōu)異的倍率性能是由于具有空心殼層，大量的孔和大的表面積的協(xié)同作用引起的。還有研究人員通過低溫水解的途徑，控制合成了具有不同尺寸分級多孔結構和高振實密度的銳鈦礦TiO2球，其包含具有在100nm至1.5 um范圍內的可調尺寸的微孔，中孔和大孔。用于鋰離子電池負極材料時，在1C電流密度下，可逆比容量為189mAh/g。研究發(fā)現Li+的存儲和運輸主要取決于微孔的分布和體積，球體尺寸影響較小，這也體現了分級多孔結構的優(yōu)越性。
2023年8月，中國粉體網將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術與產業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術研討會”。我們有幸邀請到華北電力大學的潘家鴻教授為我們帶來題為《鈦基氧化物微球的摻雜改性和鋰鋁離子電池的應用》的報告。
無定型TiO2膠體球的溶膠凝膠法制備驅動了無機材料自組裝合成理論的發(fā)展，實現了結構參數可控制備：顆粒尺寸可在納米、亞微米到微米范圍，以及球體內部無孔多孔性可調，為進一步自模板晶化合成各種不同鈦基氧化物提供了良好的自模板。潘家鴻教授課題組在不同外場輔助下采用水熱、溶劑熱法以及紫外光照可控合成多孔TiO2實/空心晶化球，以及Li4Ti5O12、ATiO3 (A = Sr, Ba, Ca)、TiNb2O7、Li2ZnTi3O7等球形顆粒。這些形貌可控的球形顆粒在鋰/鋁電池的電極材料的應用顯示了良好的應用前景。
潘家鴻，華北電力大學環(huán)境科學與工程學院教授、博士生導師，洪堡學者。2007年8月獲韓國仁荷大學化學系理學博士學位，隨后在南洋理工大學、、新加坡國立大學、德國漢諾威大學等單位從事博士后科研工作。2015年10月任華北電力大學教授，帝國理工學院和南安普頓大學訪問教授。已在Prog. Mater. Sci., Adv. Colloid Interface Sci., ACS Energy Lett., JACS, Adv. Funct. Mater.等SCI期刊發(fā)表論文100多篇，現為Chem. Inorg. Mater., Catal. Lett.等期刊編委。
參考來源：
1.岳亮亮、吳建勛 鋰離子電池負極活性材料改性方法綜述
2.于夢陽 改性多孔TiO2材料的制備及其Li-S電池性能的研究
3.羅皓 球形TiO2/碳和Li4Ti5O12/碳的結構及其儲鋰/鈉性能的研究
4.鄭昌杰等 模板法制備空心球形Li4Ti5O12負極材料及其電化學性能研究
5.劉陽陽 鈦基氧化物復合材料的構建及其儲鋰性能研究
6.蔡袆 分級多孔結構多晶型二氧化鈦可控制備與儲鋰機理研究
（中國粉體網編輯整理/喬木）
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