在400℃低温热解C28H16Br2单层石墨烯涂层的多孔钛酸锂的锂离子电池

在400℃低温热解C28H16Br2单层石墨烯涂层的多孔钛酸锂的锂离子电池在400℃低温热解C28H16Br2可以将单层石墨烯涂在多孔介质Li4Ti5O12上，这种涂层不仅薄而且均匀，和市场上的其他涂层对比具有更加优良的性能。容量为131mAh/g和104mAh/g两种规格的涂层样品目前可分别达到5C和10C的效率。此外，可循环表现在使用涂层后显著提升。经过2400个周期电池容量从144.6下降到至124.4mAh/g，容量保持率高达86%。锂离子电池（LIBS）被认为是最被认可的各种类型的电动汽车的动力源和大型能源储存，因为它们的高能量密度，高功率密度，和环境友好的功能。因此高功率密度、长循环寿命的电极材料和良好的安全功能已经成为一个关键问题，在过去几年尖晶石型钛酸锂作为阳极吸引了越来越多的关注。减少颗粒大小和碳涂层的策略可以解决纯钛酸锂的问题。碳涂层能提高电极表面电导率，降低粒径可降低锂离子扩散长度；两者都是提高性能的有效方法。通常在700摄氏度对电极材料涂碳。在如此高的温度下，一些电极材料，包括锂过渡金属氧化物，可能会减少或者在涂碳过程中可能会变得不稳定。因此，锂过渡金属氧化物碳涂层的报道已发表。此外，高温热解意味着更多的能源消耗，这是违背我们的目标节能。我们组最近发表了多孔Li4Ti5O12在600摄氏度的离子导出液用氮掺杂碳包覆，这显著提升了电极效率和循环表现。然而，这个工作温度对于某些锂过渡金属氧化物涂层仍然太高了。高导电表面层的低温涂层技术已经变成研发高导电率和发热少的锂离子电池电极材料的关键技术。石墨烯，一个二维的碳层，有引起相当大的关注，因为在纳米科学领域其表面面积超过2600平方米/克，具有优良的热稳定性，机械性能和优越的导电性。最近，许多石墨烯基复合材料已被广泛研究至于LIBS和超级电容器电极材料。然而，他们中的大多数是石墨烯的机械混合物用复杂的方法制备的活性物质。10,10'-二溴-9,9'-联二蒽（c28h16br2）具有高度的对称性结构和高碳含量（高达65.66%）。它的分子结构如图1所示。前驱体进行脱卤反应形成单每个单体之间的共价键，在两百摄氏度形成聚合物。然后，聚合物链是在400℃脱氢环化形成的石墨烯纳米带。在这里，我们扩展了这种方法来涂层的电极在一个较低的温度下单层石墨烯的材料。电极材料的粗糙的表面（例如，Li4Ti5O12）成功地涂上数层石墨烯的应用c28h16br2作为前驱体。通过喷雾干燥制备多孔钛酸锂微粒初级粒径在50nm左右，然后以适当的比例和10,10'-二溴-9,9'-联二蒽（嗯）溶液混合，把有机溶剂蒸发掉，在400摄氏度加热得到复合产物。然后进行粉末xrd分析钛酸锂样品和钛酸锂/单层石墨烯样品，所有的特征峰和纯碳酸锂一样。说明材料的晶体结构在经过400摄氏度低温和单层石墨烯混合处理后没有发生变化。利用高分辨透射电镜和拉曼光谱分析，如图2清楚的反映了所得材料是多晶，可以清楚地看到晶面（111）和（400）间距分别为0.482和0.209nm。图3a显示所制备的钛酸锂和钛酸锂/拉曼光谱石墨烯样品。对于钛酸锂/石墨烯样品，与所制备的相比一些新带出现，一些带相比于Li4Ti5O12样品弱化。新的带位于1352和1614cm-1，分别对应于D和G带。这是典型的石墨材料带。G带是典型的区域中心石墨的震动形式，对应于有序的sp2碳。D带则是边缘和无序层。这表明碳涂层高度石墨化。其他的碳源是不可能在如此低温下实现热解的。图3a的插图显示的拉曼光谱钛酸锂/石墨烯样品在2000的范围–3000cm21。一峰位于2703cm21对应于2D带，这是一个石墨烯的特征带。通过拉曼光谱和高分辨透射电子显微镜的结果，我们可以得出这样的结论：涂料层是单层石墨烯。Li4Ti5O12的拉曼谱带在变弱是由于导电石墨烯涂层减少入射激光的穿透深度。热重和差热分析（TG／DTA）可以估计样品钛酸锂/石墨烯的碳含量。图3b显示了氧气氛下的石墨烯样品Li4Ti5O12TG/DTA曲线。放热峰位于460摄氏度处对应的碳氧化。TG曲线表明，碳质量分数为5.91%，接近理论值。总之，我们已经证明，以10,10'-二溴-9,9'-联二蒽作为前躯体对锂的过渡金属氧化物涂单层石墨烯可以在400摄氏度的低温下进行。此外，这种新的石墨烯涂层方法可以很容易地扩展到其他活性电极材料的电化学设备。