[01141303]大孔-介孔分级孔结构TiO2复合-锂离子电池负极材料的构筑及高速充放电行为

1、课题来源与背景 课题来源于广西自然科学基金项目（2014GXNSFAA118349）。如何提高锂离子电池高速充放电性能和循环稳定性能成为近几年开发高性能锂离子电池电极材料需要解决的重要科学问题。快速锂离子扩散和快速电子传输是实现锂离子电池高速充放电的两个关键因素。因此,探索构筑可同时保持快速电子传输和快速锂离子扩散的电极材料,深入研究充放电过程中电极材料内外部电子及离子的扩散与迁移机理对开发和研究高性能锂离子电池具有十分重要的科学意义。 TiO2 负极材料因相比石墨电极结构稳定、比容量高和锂的嵌入/脱出速度快等优点而成为近年来锂离子电池发展的一个重要材料,但其高速充放电性能及循环稳定性还不是十分理想。其中关键的科学问题是其导电性差（10-2-10-7 S·cm-1）和低的锂离子扩散速率。为了获得高性能锂离子电池,主要需要克服“四个电阻”：（1）锂离子在液态电解液中的扩散;（2）锂离子在电极内部的扩散;（3）与电解液接触的电极表面发生的电化学反应;（4）电极和集流器之见的外部电子传输。若能找到一种可同时赋予 TiO2良好导电性和高的锂离子扩散速率和扩散通量的电极材料,将为进一步提高 TiO2基锂离子电池的电化学性能提供重要依据。 2、研究目的与意义课题的实施不仅为高性能锂离子电池的开发和研究提供理论和实验依据,而对深入理解电极微纳结构与高速充放电行为的关系具有重要的意义,并为提高锂离子电池电极的电化学性能提供新的途径。 3、主要论点与论据 （1） 揭示反应条件如表面活性剂浓度、反应温度、反应时间等对产物的大孔-介孔形状、尺寸、排列方式、纳米晶分布密度和纳米晶之间致密度等关键结构参数的影响规律;找到高速充放电下提高 TiO2 负极材料循环性能的新途径和思路。 （2） 获得大孔-介孔分级孔结构 TiOxNy@TiN@TiO2材料组成-结构和锂离子扩散和电子传输行为等对高速充放电性能和循环稳定性能的影响规律性认识。 4、创见与创新本项目提出利用含氮的长碳链表面活性剂 CTAB 作为软模板,通过与氨水的协同作用,合成具有导电层TiOxNy@TiN大孔-介孔分级孔结构 TiO2材料。合成方法上通过 CTAB 中的氮和氨水中的氮共氮化 TiO2,这种工艺目前还未见文献报道。 项目提出的结构可将 TiO2 纳米晶分散在整个大孔-介孔骨架内,有望解决电极材料在高速充放电下的导电性和锂离子扩散和传输的问题。 5、社会经济效益,存在的问题存在的问题需要进一步产业化 6、历年获奖情况无 7、成果简介要向社会公开