CoTiO3 增强型TiO2 复合空心微球：高容量长循环锂离子电池负极材料的创新设计

为解决TiO2 负极材料导电性差、容量低的问题，研究人员通过模板辅助法构建了多尺度CoTiO3 /A/R-TiO2 复合空心微球，其TiO2 含量达90%，比表面积76.67 m2 g?1 ，在0.5C下循环500次后仍保持455 mAh g?1 的高可逆容量。该研究为传统氧化物半导体负极的长寿命高容量设计提供了新策略。

　　

背景与问题
锂离子电池（LIBs）因其高能量密度和环保特性成为储能领域的主角，但传统石墨负极存在体积膨胀大（150%）、循环寿命短等缺陷。二氧化钛（TiO₂
）作为插层型负极材料，虽具有体积变化小（<4%）、安全性高等优势，但其理论容量仅335 mAh g^?1
，且导电性和离子扩散速率受限。尽管纳米化、掺杂等策略能部分改善性能，但容量提升仍面临瓶颈。

研究设计与结论
云南某研究团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，通过模板辅助法设计出CoTiO₃
/锐钛矿（A）-金红石（R）TiO₂
复合空心微球（CoTiO₃
/A/R-TiO₂
–2），其中TiO₂
占比90%，CoTiO₃
占10.59%。该材料具有1.97 μm的平均粒径、76.67 m²
g^?1
的高比表面积和8.55 nm的大孔径，在0.5C电流密度下循环500次后容量达455 mAh g^?1
，远超纯TiO₂
的理论极限。

关键技术方法

1. 溶胶-水热法：以蔗糖为模板剂，与H₈
   F₆
   N₂
   Ti、Co(NO₃
   )₂
   ·6H₂
   O混合水热反应制备前驱体；
2. 结构表征：通过X射线衍射（XRD）精修确定相组成（A/R-TiO₂
   占比89.41%）；
3. 电化学测试：评估循环性能及SEI膜形成机制。

研究结果

1. 空心微球结构优势：SEM显示微球表面多孔，缩短Li⁺
   扩散路径，扩散系数提升40倍；
2. 协同效应：CoTiO₃
   提供额外Li⁺
   吸附位点，TiO₂
   基质稳定结构；
3. 界面稳定性：循环后电极表面形成富含LiF的SEI膜，增强离子传导。

结论与意义
该研究通过多尺度杂化设计，将高容量CoTiO₃
（519 mAh g^?1
）与稳定TiO₂
结合，突破了传统氧化物负极的容量限制。空心结构和大孔径协同优化了Li⁺
传输动力学，而LiF-rich SEI膜进一步保障长循环稳定性。这一策略为开发低成本、高安全性的下一代LIB负极提供了普适性方案。