孙梦璐，陆萍，张亦凡，董磊，吴杰，李德军

（1.天津师范大学 a.物理与材料科学学院 b.天津市储能材料表面技术国际联合研究中心，天津 300387；2.煤炭科学研究总院，北京 100013）

随着经济社会的快速发展，能源短缺的问题日益严峻，能量的转换、存储以及与之相关的电磁功能材料的研究受到人们的广泛关注[1-2]。作为一种重要的能量存储器件，可充电锂离子电池具有能量密度高、重量轻、无记忆效应、自放电低、循环寿命长、工作温度范围宽等优点，近年来，已在便携式电子设备、动力汽车等领域得到了广泛应用[3-5]。负极材料是锂离子电池的主要组成部分之一，对电池的循环寿命和安全性有重要影响。石墨是目前商业化程度最高的负极材料，但是石墨负极容易在循环过程中形成锂枝晶，且理论比容量较低（约372 (mA·h)/g），其层状结构的稳定性和倍率性能也有待提高[6-7]。硅是目前已知的嵌锂比容量最高（约4200 (mA·h)/g）的锂离子电池负极材料，然而单质硅在与锂离子进行嵌入和脱嵌反应过程中，其体积膨胀或收缩高达300%，这种体积变化使它在充放电过程中会发生粉化，进而从集流体上剥落，导致循环稳定性等电化学性能恶化[8]。为此，人们开发了硅氧化物以及硅基复合材料来替代单质硅，以减轻体积变化带来的性能损失[9]。与硅基材料相反，TiO2等过渡金属氧化物具有良好的电磁功能[10]，并且结构稳定，锂离子嵌入和脱嵌TiO2晶体引起的体积变化在3%左右[7-8,11]，这使其具有优异的循环稳定性。此外，TiO2作为锂离子电池负极时，能可逆地与锂离子反应，形成LixTiO2（x为嵌锂系数），其放电平台高（约1.7 V），可有效避免锂枝晶的形成[12-14]。……