TiO2负极材料的制备及其电化学性能

王振廷，冯春斌，魏 冰

(黑龙江科技大学 材料科学与工程学院， 哈尔滨 150022)

0 引 言

自20世纪90年代初期索尼公司将锂离子电池商业化以来，锂离子电池因其特有高能量密度、功率密度以及环境友好性，被认为是解决能源问题的最佳选择[1]。负极材料作为锂电池的重要一环，其性能好坏直接影响电池容量的大小。

二氧化钛(TiO2)作为负极材料的一种，理论容量较高(335 mA·h/g)，嵌锂电压较高(1.7 V)，可以避免生成固体电解质界面膜(SEI)以及析出锂枝晶，体现了很好的安全性能。同时，TiO2负极材料结构比较稳定，其在脱嵌离子过程中的体积变化较小(4%)，近年来受到广泛关注[2]。

虽然二氧化钛作为锂离子电池负极材料具有诸多优势，但是二氧化钛本身作为一种半导体材料，导电率较低(10-13S/cm)，离子扩散率也较低(扩散系数为10-11～10-13cm2/s)，倍率性能差[3]，上述缺点极大地限制了二氧化钛作为锂离子电池负极材料的应用。为改善二氧化钛的导电性和离子扩散性，人们在二氧化钛本体材料中引入异质原子(N、Br、B等)[4-5]或高导电性材料(C、RuO等)[6]复合，使其导电性和离子扩散性有所提升[7]。但是，上述文献中报道的二氧化钛负极材料制备方法工艺过程复杂，且二氧化钛粉体易发生团聚，从而影响其优异电化学性能的发挥。因此，开展高性能二氧化钛负极材料高效制备方法的研究，对于锂离子电池研发及其商业化发展有着重要的意义。

为了解决上述问题，笔者提出简单高效的电解氧化方法制备二氧化钛负极工艺，通过改变磷酸二氢钠质量浓度，研究磷元素掺杂对于二氧化钛负极材料结构及性能的影响规律，以及相关机理，为制备高性能二氧化钛负极材料奠定了基础。……