Page 65 - 《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 ·287·

从图 9c 可知，LTO(Y)充放电平台间隙 ΔV 在 液接触面积更为充分，使得锂离子迁移路径变短，
0.50~0.55 V 之间，说明此时电极的极化程度已经很 有利于提高电极反应活性。但是 LTO@RGO 和
高，电极脱嵌锂离子阻力变大，电池内部化学反应 LTO(Y)@RGO 的峰值电位差小于 LTO 和 LTO(Y)，
有滞后性；LTO 的平台间隙 ΔV 增加至 0.21~0.23 V， 说明与导电性良好的氧化石墨烯复合之后会有效提
与 500 mA/g 电流密度的 ΔV 相比增加了 0.03 V，说 高材料的导电性能，促进电荷的转移，提高界面反
明随着电流密度的提高，LTO 材料的极化程度比较 应活性，从而提高了材料的循环可逆性，降低了电
稳定；而 LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 的平台间隙 极极化程度 [24,27] 。
（ΔV）分别为 0.18~0.20 V 和 0.18~0.19 V，与 100 mA/g 为进一步研究充放电过程中材料的循环可逆性
电流密度下的 ΔV 接近，说明这两种电极在不同倍 和稳定性，在 0.005~3.0 V 电压区间内，以 0.5 mV/s
率下，电极的极化程度最小。由此可知，复合材料 速率获取了 4 种材料第 1 圈与第 2 圈循环的循环 CV
中钇掺杂对于降低电极的极化程度贡献较小，而高 曲线，如图 11 所示。
导电性的氧化石墨烯则有效降低了电极材料的极化 从图 11 可以发现，LTO 和 LTO(Y)第 1 圈与第
程度 [28] 。通过不同电流密度下的充放电平台研究材 2 圈循环的 CV 曲线的重合度较差，说明其循环稳定
料在充放电中的极化程度可以反映电极材料的循环 性和可逆性较差。LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 两
稳定性和循环可逆性，以及材料在不同电流密度下 圈循环的 CV 曲线几乎完全重合，而且峰值电位差
充放电时锂离子迁移情况。由以上分析可知，钛酸 很小，说明 LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 具有较好
锂在经过钇掺杂和氧化石墨烯复合的协同作用之 的循环稳定性和循环可逆性，且 LTO(Y)@RGO 具
后，其电化学性能得到了有效改善。 有最优异的循环稳定性和可逆性。这是因为钇掺杂
为研究材料在充放电过程中发生的化学反应及 有效提高了材料的化学反应动力学特性，而与氧化
锂离子的迁移过程，选择 0.005~3.0 V 的电压区间，以 石墨烯的复合则有效抑制 LTO(Y)和 LTO 自身极化
0.5 mV/s 的扫描速率在电化学工作站上获得了 4 种材 程度高的问题，同时还改善了材料的导电性，从而
料的 CV 曲线，结果如图 10 所示。 使其发挥了钇掺杂和氧化石墨烯复合的协同作用，具
有最优异的电化学性能。对比掺杂其他元素改性的材
料 [31] ，本文所测试的 LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO
样品两圈循环 CV 曲线重合度很高，而且所形成峰
的尖锐程度和峰所围成的面积上下都是类似的，说
明 LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO 具有更好的循环可
逆性。

图 10 LTO、LTO(Y)、LTO@RGO、LTO(Y)@RGO 的循
环伏安曲线
Fig. 10 Cyclic voltammetric curves of LTO, LTO(Y),
LTO@RGO and LTO(Y)@RGO

从图 10 可以看出，在 CV 曲线上所有材料都有
一对明显的氧化还原峰，分别对应锂离子的嵌入和
脱出过程，同时氧化还原峰都很尖锐，表明锂离子
在材料中的脱嵌过程容易进行，电极动力学特性良
好。氧化峰与还原峰以 1.55 V 为轴线对称分布，两
峰的面积大致相等，表明材料的充放电能力相当，
与前面库仑效率数据分析相吻合（库仑效率接近
100%）。另外，通过图 10 还可以发现，LTO 和 LTO(Y)
的峰值电流略高于 LTO@RGO 和 LTO(Y)@RGO，
这可归因于 LTO 和 LTO(Y)的片状形貌使其和电解