Page 62 - 《精细化工》2023年第2期

·284· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

的(111)、(311)、(400)、(331)、(333)、(440)和(531) LTO(Y)、LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 进行了拉曼
晶面，说明合成的钛酸锂具有较高的结晶度和纯度。 光谱测试，结果如图 6 所示。从图 6a 可以看出，所有
–1
同时，图 4a 中，LTO@RGO 与 LTO(Y)@RGO 在 样品都在 234、262、348、424、670 cm 处出现了对
2θ=26.2°处出现了不太明显的衍射宽峰，对应于氧 应于钛 酸 锂的拉 曼 振动峰 。 LTO@RGO 和
–1
化石墨烯的衍射峰，证明了钛酸锂与氧化石墨烯成功 LTO(Y)@RGO 在 1330 和 1592 cm 处出现了微弱的
复合。为了进一步研究钇掺杂对 XRD 图谱的影响， 对应于氧化石墨烯中碳的振动峰。对 LTO@RGO 和
对 4 种样品中钛酸锂的（111）晶面的衍射峰进行放 LTO(Y)@RGO 两个样 品的拉曼光 谱图在 1200~
–1
大，结果如图 4b、c 所示。从图 4b、c 可以发现，钇 1800 cm 处进行局部放大，结果如图 6b 所示。从图
元素的掺杂会造成钛酸锂（111）晶面的强衍射峰向 6b 可以发现，与氧化石墨烯进行复合的两个样品
小角度偏移。其中，单一材料〔LTO 和 LTO(Y)〕比 〔LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO〕在 1430 和 1670 cm –1
2
复合材料〔LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO〕更明显， 处出现了碳 sp 的拉曼振动峰，分别为氧化石墨烯的 D
这说明钇元素的掺杂会使钛酸锂的晶胞参数发生变 峰和 G 峰（分别代表碳类材料的无序碳排列矩阵和石
化，从而轻微改变钛酸锂的晶格常数，但是不影响 墨化程度）。同时，LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 的 D
3+
钛酸锂晶体的结构，这证明少量 Y 进入到了钛酸 峰与 G 峰的峰强度比值都小于 1，说明复合材料中的
锂的晶胞结构之中，但没有改变其晶相 [24] 。 氧化石墨烯没有发生晶型的改变，仍具有较高的石墨
为了进一步验证钇掺杂对钛酸锂（111）晶面衍 化程度，这有利于电子的迁移，从而增加其导电性 [25] 。
3+
射峰的影响，测试了不同 Y 掺杂量 LTO(Y)材料的
（111）晶面衍射峰，结果如图 5 所示。从图 5 可以
看出，对于掺杂后的材料（Li 4 Ti 5–x Y x O 12 ），当 x≤0.2
3+
时，与未掺杂 Y 的钛酸锂样品相比（111）晶面的
衍射发生了偏移，说明钇元素的掺杂改变了 LTO 的
晶体结构。当掺杂量较低（x≤0.02）时，掺杂后的
LTO 与未掺杂的 LTO 差别不大，说明掺杂比例较低
时未对 LTO 的晶体结构产生影响。随着掺杂量的增
加，（111）晶面衍射峰向小角度偏移的量增加，且
3+
衍射峰变宽，说明 Y 掺杂使 LTO 晶格参数发生改
变，且掺杂会使 LTO 晶粒尺寸变小。当 x=0.08 时，
衍射角偏移在 0.5°之内，说明这个掺杂比例使得 LTO
晶体只是发生轻微形变，并未改变 LTO 的整体晶体
3+
结构。当掺杂量的进一步增加，过量 Y 掺杂使 LTO
晶体结构发生改变，不利于钛酸锂晶体保持原有稳
3+
定性 [24] 。因此，本文中的 Y 掺杂量最终选择 x=
3+
0.08。后文 LTO(Y)中 Y 掺杂量均为 8%。

a—全谱图；b—LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 在 1200~1800 cm –1
处的局部放大图
图 6 LTO、LTO(Y)、LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 的拉
曼光谱图
Fig. 6 Raman spectra of LTO, LTO(Y), LTO@RGO and
LTO(Y)@RGO

2.2 电化学性能考察
为探究钇掺杂以及氧化石墨烯复合对钛酸锂电
化学性能的影响，对 LTO、LTO(Y)、LTO@RGO、

3+
图 5 不同 Y 掺杂量 LTO(Y)的（111）晶面衍射峰 LTO(Y)@RGO 进行了充放电循环测试。图 7 是在
Fig. 5 Diffraction peaks of (111) crystal planes of LTO(Y) 100 mA/g 的电流密度和 0.9~2.5 V 的电压范围下 4
3+
with different Y doping amounts 种材料的首次放电曲线。从图 7 可以看出，LTO、

为进一步验证材料的组成结构，对 LTO、 LTO(Y)、LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 的首次放电比