中国粉体网讯 随着锂离子电池商业化程度的提高，锂电池已被广泛用作各类3C电子产品，电网储能以及电动汽车动力电源。锂离子电池中的负极材料具有放电平台电压低和循环寿命长等特点，对电池的性能有重要影响。
钛基氧化物复合材料作为锂离子电池负极材料，其原料丰富、无毒无害、循环稳定性好、环境相容性好以及使用安全。但是，钛基氧化物普遍存在低电导率的问题，导致倍率性能不佳，难以发挥其自身的容量性能。这些限制了钛基氧化物在大规模储能器件中的实际应用范围。因此，研究者们在提高钛基氧化物电导率的道路上花费了很多的时间和精力。
通过对钛基氧化物改性，包括形貌优化，元素掺杂等方法，可以弥补钛基氧化物电导率低，比容量不足的缺点。
分级多孔材料是材料内部存在着多种尺寸的孔结构材料。通过设计不同层次结构的孔隙，分级多孔材料能够具有较高的比表面积。核壳结构、中空微球等结构，由于独特的空腔的存在，能够有利于电解液的渗透，以纳米结构为基元的微球能够有效提高纳米材料的振实密度，从而使电池具有更高的体积能量密度。
自报道通过溶胶凝胶法合成尺度可靠无定型TiO2胶体球（HTCS）以来，无机材料自组装合成理论得到持续地发展。依赖于各种结构导向剂的发现，HTCS已实现了结构参数可控的制备：所制备的颗粒尺寸可在纳米、亚微米到微米范围（如50纳米到3微米），以及球体内部无孔多孔性可调。这些HTCS为进一步自模板晶化合成金红石、锐钛矿和TiO2（B）等多孔球，三元、四元钛基氧化物提供了良好的球形模板。
TiO2的主要晶型结构示意图：(a)锐钛矿、(b)金红石、(c)板钛矿、(d) TiO2-B
（其中八面体中心与顶角处的小球分别代表Ti和O原子）
有研究人员通过无模板水热法制备出一种分级多孔锐钛矿TiO2中空微球，在1C，5C和20C倍率下,循环1000圈后,材料可逆比容量仍然高达150.7,129.9和104.5 mAh/g。其优异的倍率性能是由于具有空心壳层，大量的孔和大的表面积的协同作用引起的。还有研究人员通过低温水解的途径，控制合成了具有不同尺寸分级多孔结构和高振实密度的锐钛矿TiO2球，其包含具有在100nm至1.5 um范围内的可调尺寸的微孔，中孔和大孔。用于锂离子电池负极材料时，在1C电流密度下，可逆比容量为189mAh/g。研究发现Li+的存储和运输主要取决于微孔的分布和体积，球体尺寸影响较小，这也体现了分级多孔结构的优越性。
2023年8月，中国粉体网将在山城重庆举办“2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会”。我们有幸邀请到华北电力大学的潘家鸿教授为我们带来题为《钛基氧化物微球的掺杂改性和锂铝离子电池的应用》的报告。
无定型TiO2胶体球的溶胶凝胶法制备驱动了无机材料自组装合成理论的发展，实现了结构参数可控制备：颗粒尺寸可在纳米、亚微米到微米范围，以及球体内部无孔多孔性可调，为进一步自模板晶化合成各种不同钛基氧化物提供了良好的自模板。潘家鸿教授课题组在不同外场辅助下采用水热、溶剂热法以及紫外光照可控合成多孔TiO2实/空心晶化球，以及Li4Ti5O12、ATiO3 (A = Sr, Ba, Ca)、TiNb2O7、Li2ZnTi3O7等球形颗粒。这些形貌可控的球形颗粒在锂/铝电池的电极材料的应用显示了良好的应用前景。
潘家鸿，华北电力大学环境科学与工程学院教授、博士生导师，洪堡学者。2007年8月获韩国仁荷大学化学系理学博士学位，随后在南洋理工大学、、新加坡国立大学、德国汉诺威大学等单位从事博士后科研工作。2015年10月任华北电力大学教授，帝国理工学院和南安普顿大学访问教授。已在Prog. Mater. Sci., Adv. Colloid Interface Sci., ACS Energy Lett., JACS, Adv. Funct. Mater.等SCI期刊发表论文100多篇，现为Chem. Inorg. Mater., Catal. Lett.等期刊编委。
参考来源：
1.岳亮亮、吴建勋 锂离子电池负极活性材料改性方法综述
2.于梦阳 改性多孔TiO2材料的制备及其Li-S电池性能的研究
3.罗皓 球形TiO2/碳和Li4Ti5O12/碳的结构及其储锂/钠性能的研究
4.郑昌杰等 模板法制备空心球形Li4Ti5O12负极材料及其电化学性能研究
5.刘阳阳 钛基氧化物复合材料的构建及其储锂性能研究
6.蔡袆 分级多孔结构多晶型二氧化钛可控制备与储锂机理研究
（中国粉体网编辑整理/乔木）
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