Page 63 - 《精细化工》2023年第2期

第 2 期 闫共芹，等: 钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料的合成与电化学性能 ·285·

容量依次为 123.3、135.9、139.3、145.5 mA·h/g。 料的结构稳定性提高，同时提供了良好的导电性 [25] ，
相较于单一材料 LTO，无论是钇掺杂还是氧化石墨 从而使 LTO(Y)@RGO 具有最佳的循环稳定性。图
烯复合都有效地提高了材料的首次放电比容量。其 8b 为 4 种材料循环 100 圈的库仑效率。图 8b 表明，
中，LTO(Y)@RGO 的首次放电比容量较 LTO 提高 4 种材料在 100 圈循环内库仑效率都接近 100%，充
了 18.0%。由 2.1 节中 XRD 和 SEM 分析可知，钇 放电能力并无明显差异，说明四种材料都具有良好
掺杂会使钛酸锂的晶体结构发生细微的改变，使材料 的完全嵌锂和脱锂特性。
的微观结构呈现无序和分散状态，从而增加材料中锂
离子的脱嵌位点，使得材料的首次放电比容量要比单
一材料 LTO 有所提高。而氧化石墨烯的复合会改善
材料的导电性，提高电池离子传输的动力，降低锂离
子的迁移壁垒，从而提高了材料的首次放电比容量
[24] 。同时，从图 7 可以发现，由于钛酸锂材料的充
放电是一个两相转变的过程，4 种材料均在 1.55 和
1.62 V 左右出现了属于钛酸锂材料的特征放电平台
和充电平台，根据充放电平台的长度可知，平台的容
量贡献率都在 80%以上，说明材料在脱嵌锂离子的过
2+
程稳定性较好。对比其他的金属掺杂离子，如 Ni 、
6+
4+
W 、Sn 等，掺杂后的钛酸锂在首圈均产生不可逆
6+
比容量，并且放电平台发生改变。其中，W 掺杂钛
酸锂的放电平台变化最大 [26] 。在倍率性能上，钇掺
杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料在 10 C 左右的倍
2+
6+
率下依然有 100 mA·h/g 放电比容量，对比 Ni 、W 、
4+
Sn 3 种元素掺杂有了很大的提高。

图 7 LTO、LTO(Y)、LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 的首
次充放电曲线
Fig. 7 Initial charge-discharge curves of LTO, LTO(Y),
LTO@RGO and LTO(Y)@RGO

图 8a 是 4 种材料在 100 mA/g 的电流密度下循
环 100 圈的电池放电比容量曲线。图 8a 显示，LTO、
LTO(Y)、LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 经过 100 圈循
环后放电比容量保持率分别为 94.44%、84.78%、
95.01%、99.78%。可以发现，单纯钇掺杂的钛酸锂
的循环性能较差，电极容量衰减最严重。这是因为

钇掺杂会使钛酸锂的晶胞结构发生变形，影响了材 a—100 mA/g 下的循环性能；b—库仑效率图；c—倍率性能；d—
料的结构稳定，因此随着循环圈数的增加，材料的 LTO(Y)@RGO 的长循环性能
结构发生不可逆转的损坏，影响了材料的脱嵌锂过 图 8 LTO、LTO(Y)、LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 的电
化学性能
程，从而使其循环性能变差。但是，经过与氧化石
Fig. 8 Electrochemical properties of LTO, LTO(Y), LTO@RGO
墨烯的复合之后，由于氧化石墨烯的衬底作用使材 and LTO(Y)@RGO