中國(guó)粉體網(wǎng)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(chǎn)品，電網(wǎng)儲(chǔ)能以及電動(dòng)汽車動(dòng)力電源。鋰離子電池中的負(fù)極材料具有放電平臺(tái)電壓低和循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)電池的性能有重要影響。
鈦基氧化物復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)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(dǎo)率的問題，導(dǎo)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(chǔ)能器件中的實(shí)際應(yīng)用范圍。因此，研究者們?cè)谔岣哜伝趸镫妼?dǎo)率的道路上花費(fèi)了很多的時(shí)間和精力。
通過對(duì)鈦基氧化物改性，包括形貌優(yōu)化，元素?fù)诫s等方法，可以彌補(bǔ)鈦基氧化物電導(dǎo)率低，比容量不足的缺點(diǎn)。
分級(jí)多孔材料是材料內(nèi)部存在著多種尺寸的孔結(jié)構(gòu)材料。通過設(shè)計(jì)不同層次結(jié)構(gòu)的孔隙，分級(jí)多孔材料能夠具有較高的比表面積。核殼結(jié)構(gòu)、中空微球等結(jié)構(gòu)，由于獨(dú)特的空腔的存在，能夠有利于電解液的滲透，以納米結(jié)構(gòu)為基元的微球能夠有效提高納米材料的振實(shí)密度，從而使電池具有更高的體積能量密度。
自報(bào)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(jī)材料自組裝合成理論得到持續(xù)地發(fā)展。依賴于各種結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的發(fā)現(xiàn)，HTCS已實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)參數(shù)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(nèi)部無孔多孔性可調(diào)。這些HTCS為進(jìn)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(jié)構(gòu)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(jí)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(dá)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(jí)多孔結(jié)構(gòu)和高振實(shí)密度的銳鈦礦TiO2球，其包含具有在100nm至1.5 um范圍內(nèi)的可調(diào)尺寸的微孔，中孔和大孔。用于鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，在1C電流密度下，可逆比容量為189mAh/g。研究發(fā)現(xiàn)Li+的存儲(chǔ)和運(yùn)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(xiàn)了分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。
2023年8月，中國(guó)粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會(huì)”。我們有幸邀請(qǐng)到華北電力大學(xué)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(yīng)用》的報(bào)告。
無定型TiO2膠體球的溶膠凝膠法制備驅(qū)動(dòng)了無機(jī)材料自組裝合成理論的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)參數(shù)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(nèi)部無孔多孔性可調(diào)，為進(jìn)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(chǎng)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(shí)/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(yīng)用顯示了良好的應(yīng)用前景。
潘家鴻，華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，洪堡學(xué)者。2007年8月獲韓國(guó)仁荷大學(xué)化學(xué)系理學(xué)博士學(xué)位，隨后在南洋理工大學(xué)、、新加坡國(guó)立大學(xué)、德國(guó)漢諾威大學(xué)等單位從事博士后科研工作。2015年10月任華北電力大學(xué)教授，帝國(guó)理工學(xué)院和南安普頓大學(xué)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(xiàn)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(fù)極活性材料改性方法綜述
2.于夢(mèng)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(jié)構(gòu)及其儲(chǔ)鋰/鈉性能的研究
4.鄭昌杰等 模板法制備空心球形Li4Ti5O12負(fù)極材料及其電化學(xué)性能研究
5.劉陽陽 鈦基氧化物復(fù)合材料的構(gòu)建及其儲(chǔ)鋰性能研究
6.蔡袆 分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)多晶型二氧化鈦可控制備與儲(chǔ)鋰機(jī)理研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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