胡喜乐/程亚军等AFM: 青铜相TiO2作为锂/钠离子电池的负极材料

青铜相TiO₂（TiO₂ (B)）由于其优异的安全性、良好的可逆容量和环境友好性，作为一种很有前途的锂/钠离子电池（LIBs/SIBs）负极引起了广泛关注。然而，一些固有的关键缺点（适度的电化学动力学和不令人满意的长循环稳定性）极大地限制了其实际应用。

在此，德国慕尼黑工业大学Peter Müller-Buschbaum联合瑞士洛桑联邦理工学院胡喜乐教授及中科院宁波材料所程亚军研究员等人对过去几十年中TiO₂ (B) 负极的研究进展进行了全面阐述。首先，作者按照规定时间范围内开展的研究工作划分为若干时间段，包括早期阶段（2000年之前）、新兴阶段（2000~2009）、爆发阶段（2010~2015）及稳定发展阶段（2015年至今）。其次，特定时间内的研究活动通常根据TiO₂(B)的形态进行分组，包括纳米线/纳米纤维、纳米管、纳米棒/纳米带、纳米片及纳米颗粒/球体等。

其总体研究趋势如下：TiO₂(B)是在1980年合成的，1990年后的研究中开始引入纳米材料科学的概念，2010~2015期间利用成分和原子掺杂策略来改善具有不同形态的TiO₂(B)负极的电化学性能。2015年至今，TiO₂(B)的合成与掺杂研究仍是主流。

图1. 四种TiO₂多晶型物的晶体结构及其相应的锂嵌入能力

最后，作者提供了对未来TiO₂(B)研究方向的展望：

（1）结合理论和实验研究来推进对TiO₂(B)负极的基本理解和实际开发；

（2）将研究工作与实际应用中TiO₂(B)负极的实际要求相结合；

（3）开发可扩展、具有成本效益且可靠的合成方法来生产高性能TiO₂(B)负极；

（4）促进对TiO₂(B)负极用电解液及相关添加剂的研究；

（5）合适的粘结剂对于确保TiO₂(B)负极的良好性能释放和维护也起着重要作用；

（6）应在可比的电化学性能、简便且可扩展的制造方法及原材料和生产成本之间找到一个很好的平衡点。与其他TiO₂ (B) 纳米材料相比，TiO₂(B) 纳米粒子具有最简单的结构。因此，有望在不久的将来实现基于TiO₂ (B) 纳米粒子负极的实际应用。

图2. TiO₂ (B) 负极研究走向实际应用的示意图

Bronze-Phase TiO₂ as Anode Materials in Lithium and Sodium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202201675