Page 64 - 《精细化工》2023年第2期

·286· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

图 8c 是 4 种材料在 100、300、500、1000、 电曲线如图 9b 所示。从图 9b 可以发现，LTO(Y)的
1500 mA/g 不同电流密度下的倍率性能。从图 8c 可 充放电平台变化最大，平台间隙 ΔV 增加到 0.30~
以发现，在小电流密度下（100~500 mA/g），4 种电 0.35 V 之间，LTO 的平台间隙 ΔV 增加到 0.18~
极的放电比容量随着电流密度增加而下降得幅度较 0.20 V，而 LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 的平台间
小；当电流密度增大时，4 种材料的放电比容量的 隙变化不大，只是随着电流密度增加，平台的长度
变化幅度出现了明显的差异，其中，钇掺杂后的 变短，即放电比容量减小。继续增加电流密度到
LTO(Y)放电比容量下降最快，在 1500 mA/g 电流密 1000 mA/g 时，4 种材料的充放电曲线如图 9c 所示。
度下放电比容量只有 65 mA·h/g，再恢复小电流密
度，相较其他电极，其放电比容量保持率也是最低
的。这是因为由于钇元素的掺杂，材料的晶格常数
发生了轻微的改变，晶胞结构产生轻微变形，导致
结构的稳定性下降 [27] ，在大电流密度下晶体的结构
遭到不可逆的破坏，导致其倍率性能最差。与氧化
石墨烯复合形成的 LTO@RGO 的倍率性能较单一材
料有一定的提升，且还原为小电流密度之后其放电
比容量也恢复到初始状态，其放电比容量基本和初
始状态持平，这得益于导电性良好且比表面积较大
的氧化石墨烯对材料性能的改善 [28] 。而对于钇掺杂
和氧化石墨烯复合得到的 LTO(Y)@RGO，无论在小
电流密度还是大电流密度下，其倍率性能在 4 种材
料里都是最好的，在 1500 mA/g 电流密度下放电比容
量依然有 100 mA·h/g，在经过一系列的不同电流密度
的测试之后，再返回到初始小电流密度状态时其容量
衰减几乎为零，这说明钇掺杂与氧化石墨烯复合两种
方式协同作用可以显著改善材料的性能。根据倍率性
能测试结果，为了进一步研究 LTO(Y)@RGO 的长循
环性能，对其进行 300 圈的长循环性能测试，如图
8d 所示。从图 8d 可以发现，经过 100 圈充放电循
环后容量衰减几乎为 0，经过 200 圈循环后容量衰
减 1.59%，经过 300 圈循环后容量衰减 3.24%，与
目前放电比容量保持率只有 80%左右的石墨负极相
比有明显的改进，表现出优异的循环性能。与其他
2+
3+
2+
2+
金属元素如 Al 、Zn 、Co 、Mn 掺杂后 20 圈循
环的放电 比容量保 持率（ 98% ）相比 [29-30] ，

LTO(Y)@RGO 样品具有更加优异的循环性能。
图 9 LTO、LTO(Y)、LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 在不
为了研究 4 种材料在充放电过程中的极化程
同电流密度下的充放电曲线
度，对其在 100、500、1000 mA/g 的电流密度下稳 Fig. 9 Charge-discharge curves of LTO, LTO(Y), LTO@RGO
定后（充放电 3 圈后）充放电平台进行了考察，结 and LTO(Y)@RGO at different current densities

果如图 9 和表 1 所示。表 1 中充放电平台之间的间 表 1 LTO、LTO(Y)、LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 在不
隙 ΔV（平台间隙）代表了电极极化程度，ΔV 越大， 同电流密度下充放电的平台间隙 ΔV（单位 V）
极化程度越高。当电流密度为 100 mA/g 时，可以发 Table 1 Charge discharge platform gaps of LTO, LTO(Y),
LTO@RGO and LTO(Y)@RGO at different
现每一种材料的充电平台和放电平台都分别在 1.62 current densities (unit V)
和 1.55 V 左右，平台间隙 ΔV 在 0.15~0.17 V 之间， 电流密度/( mA/g)
充放电平台平缓且平台间隙很小，如图 9a 所示。 100 500 1000
LTO 0.15~0.17 0.18~0.20 0.21~0.23
说明在 100 mA/g 的电流密度下 4 种材料结构稳
LTO(Y) 0.15~0.17 0.30~0.35 0.50~0.55
定，具有良好的锂离子脱嵌能力，材料的极化程度 LTO@RGO 0.15~0.16 0.16~0.18 0.18~0.20
很小。当电流密度增加到 500 mA/g 时，材料的充放 LTO(Y)@RGO 0.15~0.16 0.16~0.17 0.18~0.19