作为高效的能源储存与转换装置,锂离子电池是发展可持续能源战略中的重点研究对象。在电池体系中,负极材料是研究和改善电池电化学性能的关键所在,目前商业化负极材料石墨存在容量低、快充性能不足以及锂枝晶生长等一系列问题。作为嵌入型负极材料,二氧化钛具有成本低廉、高稳定性、环保无污染等优点,有望成为下一代负极材料。但二氧化钛本身导电性能差,且锂离子扩散速度慢,严重阻碍了其作为电池负极材料的应用。因此,本论文的研究工作是从纳米化结构设计、引入碳材料以及表面改性这三个方向来改善二氧化钛作为锂离子电池负极材料的电化学性能。主要研究内容如下:1.采用简单可控的合成策略,以纳米铝粉为模板,利用饱和硫酸氧钛的水解反应以及多巴胺的聚合反应,制备出了氮掺杂碳包覆二氧化钛纳米空心球材料。纳米尺寸缩短了锂离子扩散路径,增加了电极与电解液的接触面积,碳的引入提高材料的整体导电性。最终所制备的Ti O2@C材料在0.1 A g-1的电流密度下实现了390.2 m Ah g-1的充电比容量,即使在5.0 A g-1的大电流密度下循环2000圈后,依旧保持166.3 m Ah g-1的容量和99.6%的循环保持率,说明材料具有优异的长循环稳定性。2.采用一种通用、简便的酸浸渍法成功制备了硫酸化二氧化钛纳米空心球。由于表面形成了稳定的功能化修饰层,一方面有利于材料表面形成稳定的固体电解质界面,另一方面有利于表面形成更多的嵌锂活性位点,为锂离子提供了快速的扩散通道,使得赝电容贡献在高扫描速率下得到提升。电化学测试结果表明Ti O2/SO42-材料也表现出比未经过处理的Ti O2更加优异的电化学性能。在0.1 A g-1的电流密度下,实现了360.4 m Ah g-1的充电比容量,材料在5.0 A g-1的电流密度下循环1500圈后,依旧保持156.3m Ah g-1的可逆比容量。综上所述,本论文为设计制备高性能、长循环稳定性的二氧化钛纳米负极材料提供了新思路。