针对钛基材料在能量储存过程中存在电子导电性差、倍率性能不足等问题，通过晶面调控、缺陷引入和低维设计等方法，取得了系列创新性的进展，获得了长寿命、
低成本和高安全性的钛基负极材料。结合理论计算，揭示了晶面结构、缺陷引入和低维微/钠结构与材料能带间隙、嵌锂/钠能垒和锂/钠离子动力学行为间的内在联系。
1. 晶面调控：针对钛基化合物储锂/钠容量小及锂/钠离子扩散系数低的问题，设计了以两个{001}面和四个{100}面为暴露晶面的单晶立方体，提高了锂/钠离子在材
料表面嵌入及本体中迁移速率，实现了高的首次效率、大的平台容量大 及优异的循环稳定性，构造了利于锂/钠离子脱嵌的具有独特孔道结构的钛基负 极材料。同时
以锂/钠离子在锐钛矿型 TiO2 中的迁移方式为基础，基于第一性原 理计算阐明了立方体的四个{100}面为钠离子嵌入的优势晶面，为制备高容量钛 基负极材料指明了
方向。
2.缺陷引入：针对钛基化合物倍率性能差的问题，设计了三价钛自掺杂的 TiO2，引入了空位缺陷，减小了其能带间隙，提高了 TiO2 的电子电导率。据此设计的自
掺杂型黑色金红石 TiO2 显示了优异的倍率性能。通过理论计算揭示了 自掺杂、空位缺陷、能带间隙和电子电导率的内在关系，证实了缺陷的引入有 效降低了 TiO2 的
嵌锂/钠能垒，提供了更多的储锂/钠活性位点。同时，采用非 金属元素掺杂引入缺陷设计了氮掺杂的 TiO2/碳量子点复合材料，该方法提高了 TiO2 的锂/钠离子动力学
扩散速率和电子电导率，从动力学角度实现了倍率性能 的显著提升。该研究为设计并构建高能量、功率密度锂/钠离子电池钛基负极复 合材料提供了新的研究思路。
3.低维设计：针对电极材料/电解液界面反应复杂、离子扩散路径长引起的动力学滞后问题，构建了系列新型低维微纳结构钛基材料，如 Li4Ti5O12 量子点、TiO2
超细纳米棒和橄榄状碳包覆 TiO2 等材料。此类结构缩短了锂/钠离子迁移 与电子传导路径，增大了其动力学扩散系数。改善了电解液浸润，提升了电化 学反应效率。
该研究为设计长寿命锂/钠离子电池钛基负极复合材料提供了可行的途径。
应用前景：
钛元素分布广泛，地壳丰度高，钛基材料储锂/钠稳定性好且安全性高，但其电子导电性差、功率密度低，成果从材料的晶面调控、缺陷引入到形貌结构设计取得了系列创新性进展，为制备高容量钛基负极材料指明了方向，为设计并构建高能量、功率密度锂/钠离子电池钛基负极复合材料提供了新的研究思路，为设计长寿命锂/钠离子电池钛基负极复合材料提供了可行的途径。在电动汽车领域有巨大的应用前景。
成熟度：实验室阶段
