以氧化石墨烯為模板劑,N-甲基吡咯烷酮（NMP）為溶劑,通過溶劑熱法制備高結(jié)晶度、片狀結(jié)構(gòu)鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合電極材料（NMP-LTO/G）。與未添加氧化石墨烯的樣品NMP-LTO相比,樣品NMP-LTO/G的片狀結(jié)構(gòu)更好,結(jié)晶性與電化學(xué)性能明顯提高。討論氧化石墨烯作為模板劑的作用機(jī)理;基于雙親性結(jié)構(gòu)特征和表面活性劑的特點(diǎn),在復(fù)合材料制備過程中,氧化石墨烯與堿性條件、有機(jī)溶劑等產(chǎn)生協(xié)同作用,有利于高結(jié)晶度片狀結(jié)構(gòu)NMP-LTO/G復(fù)合材料形成。 

【文章來源】：新型炭材料. 2016年02期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

NMP-LTO/G與(b)NMP-LTO的XＲD譜圖

定熱處理時(shí)保護(hù)氣體的流量，將這些對(duì)鋰鹽損失有影響的步驟都有效的精確控制后，最終得到純度較高的鈦酸鋰及其復(fù)合物。如圖1所示，產(chǎn)物中沒有出現(xiàn)Li2TiO3及TiO2的衍射峰，樣品NMP-LTO和NMP-LTO/G均只有鈦酸鋰的衍射峰(JCPDS卡號(hào):49-0207);同時(shí)也可以看出，鈦酸鋰的衍射峰非常尖銳，所制備的材料具有較好的結(jié)晶度。同時(shí)，洗滌步驟又有效地使有機(jī)溶劑在溶劑熱反應(yīng)后被去除，使樣品經(jīng)過熱處理后保持良好的分散性。圖1(a)NMP-LTO/G與(b)NMP-LTO的XＲD譜圖Fig．1XＲDpatternsof(a)NMP-LTO/Gand(b)NMP-LTO．圖2(a)為在未加入氧化石墨烯的條件下，經(jīng)溶劑熱及熱處理得到的樣品NMP-LTO掃描電鏡照片，樣品呈現(xiàn)較為規(guī)則的柱狀形貌，而且相互搭接在一起，可以發(fā)現(xiàn)此形貌有向片狀形貌過渡的趨勢，說明NMP在一定程度上是有利于片狀形貌的生成的，這可能是由于溶劑熱所用的溶劑大部分為NMP，僅含微量的水，加入氫氧化鋰后溶液表現(xiàn)出強(qiáng)堿性，在水熱以及溶劑熱制備材料的過程中，在一定程度上，堿性條件有利于片狀形貌鈦酸鋰的生成。而圖2b顯示樣品NMP-LTO/G呈現(xiàn)規(guī)則的薄片狀形貌，可看出在溶劑熱過程中，石墨烯的加入能夠使前驅(qū)體片狀形貌得以保留，在下面章節(jié)中將就此現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)討論。圖2(a)NMP-LTO與(b)NMP-LTO/G的SEM照片F(xiàn)ig．2SEMimagesof(a)NMP-LTOand(b)NMP-LTO/G．從圖3可以更為清楚地看到，即使經(jīng)歷制樣過程強(qiáng)超聲處理，該片狀結(jié)構(gòu)仍然可以部分保留;可看出片狀結(jié)構(gòu)是由多個(gè)帶狀納米片形貌的鈦酸鋰晶體組成，而規(guī)整的形貌結(jié)構(gòu)與XＲD所顯示的高結(jié)晶性相呼應(yīng)，相關(guān)工作我們將在未來的工作中詳細(xì)討論。700°C較高的熱處理溫度可以使氧化石墨烯得到還原，從而在復(fù)合物中起到更好的導(dǎo)電作用［22］。3．3NMP-LTO/G的?

量的平均值為133．6mAh/g，比容量僅下降了7．8mAh/g，也就是說該方法明顯改善了鈦酸鋰高倍率條件下快速充放容量衰減的問題，這同樣歸因于片狀形貌與石墨烯的協(xié)同作用。需要強(qiáng)調(diào)的是，在20C的高倍率條件下，NMP-LTO/G仍有112．8mAh/g的比容量(圖4)。圖3NMP-LTO/G熱處理產(chǎn)物TEM照片F(xiàn)ig．3TEMimageofNMP-LTO/G．圖4NMP-LTO/G與NMP-LTO倍率性能Fig．4ＲateperformancesofNMP-LTO/GandNMP-LTO．鈦酸鋰的高結(jié)晶度和規(guī)則的片狀形貌以及石墨烯的高效導(dǎo)電作用使復(fù)合電極材料的循環(huán)性能大為改善(圖5)。樣品NMP-LTO/G在10C倍率條件下充放電時(shí)，200次循環(huán)周期內(nèi)有較高的容量保持率，比容量沒有明顯的衰減。從圖6也能看出兩個(gè)樣品高倍率下的電壓平臺(tái)差異明顯，樣品NMP-LTO/G的電壓平臺(tái)更長更平緩。3．4氧化石墨烯的模板劑作用在用溶劑熱法制備片狀形貌鈦酸鋰石墨烯復(fù)合電極材料(NMP-LTO/G)時(shí)，通過引入有機(jī)溶劑及加入氧化石墨烯成功制備得到片狀形貌且較為純凈的鈦酸鋰。為了探討氧化石墨烯在復(fù)合物的制備過程中對(duì)最終產(chǎn)物形貌的模板作用，在制備方法2．1的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)分別制備得到4個(gè)對(duì)比樣品:同制備方法2．1分別制備得到NMP-LTO/G及NMP-LTO;將溶劑由NMP改為水，其余步驟同2．1制備方法，制備得到復(fù)合物L(fēng)TO/G;將溶劑由NMP改為水，不加入氧化石墨烯，其余步驟同制備方法2．1，運(yùn)用相同的方法制備得到鈦酸鋰LTO。分別對(duì)四個(gè)樣品拍攝掃描電鏡圖片，結(jié)果見圖7。圖5NMP-LTO/G與NMP-LTO循環(huán)性能Fig．5CyclicperformancesofNMP-LTO/GandNMP-LTO．圖6NMP-LTO/G與NMP-LTO電壓比容量平臺(tái)Fig．6ChargeanddischargecurvesofNMP-LTO/GandNMP-LTOwithdifferentchargeanddischargerates．從合成特殊形貌鈦酸鋰的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中可?


本文編號(hào)：2944063