【摘 要】
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二氧化钛（TiO2）作为锂离子电池负极材料具有高安全性、无环境污染等优点，近年来倍受研究者关注。然而，TiO2材料的电子导电率很低，限制了其在大功率条件下的应用。针对上述问题，本文
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二氧化钛（TiO2）作为锂离子电池负极材料具有高安全性、无环境污染等优点，近年来倍受研究者关注。然而，TiO2材料的电子导电率很低，限制了其在大功率条件下的应用。针对上述问题，本文制备了一系列掺杂TiO2纳米材料，通过对结构的调制与剪裁提高材料的本征电导，改善其电化学动力学性质，以期获得优良的电化学性能。首先，我们研究了锐钛矿相TiO2纳米颗粒的电化学动力学性质，明确了锂离子扩散动力学与电化学性能之间的关系。随后，对锐钛矿相TiO2进行氮掺杂，发现取代掺杂的氮对提高材料的电子导电率具有决定作用，同时使材料的Li+离子扩散系数提高了13倍，从而提高了材料的倍率性能和循环稳定性。针对青铜矿相TiO2的研究表明，氮原子优先占据材料的间隙位置。当掺杂浓度高于0.55at.%时，氮原子将取代部分氧原子。而取代掺杂的氮原子同样对提高青铜矿相TiO2的本征电导起到决定作用，同时亦稳定了锂离子的扩散通道。上述效应的协同作用，使得氮掺杂青铜矿相TiO2不仅表现出良好的循环稳定性，而且具有极好的大电流充放电能力，在100C倍率下仍具有100mAh g1的放电容量。最后，我们改进了材料制备工艺，获得了超细的青铜矿相TiO2纳米线，并对其进行铜元素掺杂。研究发现铜掺杂降低了TiO2能带的禁带宽度，提高了电子的输运能力，同时在一定程度上提高了材料的结构稳定性。所制备的铜掺杂TiO2材料同样获得了优良的电化学性能。通过本文研究，揭示了掺杂对提高TiO2电化学性能的作用机理，对促进其在锂离子电池中的实际应用具有重要的理论意义。
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