本文選題：碳包覆　切入點：鉬酸鈷　出處：《浙江理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：過渡金屬氧化物因其較高的理論容量和良好的電化學(xué)活性,已成為超級電容器和鋰離子電池電極材料的研究熱點,其中以MnO2、NiO、Co3O_4和RuO等為典型代表。過渡金屬氧化物電導(dǎo)率較低,導(dǎo)致其實際比容量不高;充放電過程中反復(fù)的體積縮脹變化使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,引發(fā)循環(huán)性能和倍率性能不佳。為此,許多研究者將目光投向了二元過渡金屬氧化物。相比于單金屬氧化物,二元過渡金屬氧化物的禁帶寬度更小,電子導(dǎo)電率更高,同時,其理論容量也更大,制備鋰電池和超電容性能都有明顯提高,但是提高程度較為有限,與其他電極材料相比,二元過渡金屬氧化物仍然存在電導(dǎo)率較低的不足。將二元過渡金屬氧化物與其他材料(金屬氧化物、碳材料和導(dǎo)電聚合物等)進(jìn)行復(fù)合處理可有效改善電極材料的電導(dǎo)率,加速離子和電子的傳輸,改善電極材料的電化學(xué)性能,是一種有效的電極材料改性手段。因此,本文使用水熱-煅燒法對納米結(jié)構(gòu)的CoMoO_4材料進(jìn)行碳包覆處理,利用X射線衍射儀(XRD)、能譜儀(EDS)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)分析C包覆CoMoO_4的結(jié)構(gòu)特征,通過循環(huán)伏安法(CV)、恒流充放電法(GCD)和交流阻抗法(EIS)分析C包覆CoMoO_4的鋰電池性能和贗電容性能,闡明碳包覆對CoMoO_4電化學(xué)儲能性能的影響。本文主要研究內(nèi)容如下:1、采用水熱法合成生長在泡沫Ni基底上的CoMoO_4納米片陣列,并通過水熱-煅燒法對CoMoO_4納米片陣列進(jìn)行碳包覆處理。在水熱反應(yīng)后,對樣品進(jìn)行XRD、SEM檢測,結(jié)果表明在泡沫Ni基底上生長了有序的、相互交聯(lián)的三維網(wǎng)狀CoMoO_4多孔納米片陣列,但是該納米片表面粗糙,存在許多介孔缺陷;再次葡萄糖水熱-碳化煅燒法處理之后,對樣品進(jìn)行物相檢測(XRD、EDS和SEM),XRD測試結(jié)果表明樣品為C和β-CoMoO_4的復(fù)合物,EDS表明C材料均勻包覆在CoMoO_4材料表面,C的質(zhì)量比為5.76%,通過SEM觀察發(fā)現(xiàn),碳包覆之后,復(fù)合材料仍呈相互交聯(lián)的三維網(wǎng)狀多孔納米片陣列結(jié)構(gòu),但是CoMoO_4納米片表面變得更加光滑細(xì)膩,納米片邊緣由不齊整變平滑,特別是納米片表面的納米孔洞都被填實,進(jìn)一步證實了C材料已經(jīng)成功包覆在了CoMoO_4納米片的表面。純CoMoO_4和C包覆CoMoO_4的負(fù)載分別為1.4和2.1 mg cm-2。同時熱重測試(TG)表明葡萄糖在400 oC時完全碳化,該溫度是合適的煅燒溫度。2、以C包覆CoMoO_4納米片陣列作為鋰離子電池的負(fù)極材料研究碳包覆對CoMoO_4納米片鋰電池性能的影響。碳包覆之后,CoMoO_4納米片表現(xiàn)出更高的比容量、更好的循環(huán)性能和倍率性能,鋰電池性能有了明顯提高。在100 mA g~(-1)的電流密度下,C包覆CoMoO_4納米片陣列的首次充/放電容量分別為768/769mAh g~(-1),高于純CoMoO_4納米片陣列662/711 mAh g~(-1)的比容量。在50次循環(huán)過程中,C包覆CoMoO_4復(fù)合電極的平均充/放電比容量為630/651 mAh g~(-1),容量保持率(相對于最大放電比容量)為82%,而純CoMoO_4電極的平均比容量只有599/618 mAh g~(-1),容量保持率為77%,通過碳包覆提高了CoMoO_4的循環(huán)性能和比容量;此外,大電流下C包覆CoMoO_4的電化學(xué)性能尤為突出,在0.8C、1C和2C倍率下的平均放電比容量依次為344、275和240 mAh g~(-1),遠(yuǎn)大于單一CoMoO_4的229、165和80 mAh g~(-1)的平均放電比容量,說明了C包覆CoMoO_4良好的倍率性能,同時C包覆CoMoO_4在倍率由2C恢復(fù)至0.4C時,達(dá)到了初始0.4C時平均放電容量的89%,表現(xiàn)了電極材料較突出的可逆性。循環(huán)伏安曲線、恒電流充電曲線和EIS圖揭示了碳包覆有效提高了CoMoO_4的電導(dǎo)率,加速了電化學(xué)反應(yīng)中的電子和離子轉(zhuǎn)移,是改善CoMoO_4的鋰電池性能的原因。3、以C包覆CoMoO_4納米片陣列作為超電容活性材料,研究碳包覆對CoMoO_4納米片贗電容性能的影響。結(jié)果表明,碳包覆對CoMoO_4的比電容、循環(huán)性能和倍率性能起到了顯著的改善作用。在1000次充放電循環(huán)中,CoMoO_4和碳包覆CoMoO_4納米片陣列的最高比電容分別為1492和1865 F g~(-1),容量保持率分別為74%和80%,碳包覆對CoMoO_4的比電容和循環(huán)性能的提升作用明顯;C包覆CoMoO_4的大電流性能尤為突出,在1、2、4、6、8和1A g~(-1)的電流密度下,其比電容分別為1265,1251,1137,1128,1105,1317 F g~(-1),當(dāng)電流密度恢復(fù)至1A g~(-1)時,其比電容還略有提升,說明其突出的倍率性能。恒電流充放電測試中,相比于CoMoO_4,C包覆CoMoO_4的充電平臺電壓下降,放電平臺上升,表明碳包覆提高了CoMoO_4的電導(dǎo)率,這是CoMoO_4電化學(xué)性能提高的主要原因。
[Abstract]:In this paper , the properties of CoMo _ 4 nanoparticles were investigated by means of hydrothermal - calcination . The results showed that the properties of CoMo _ 4 nanoparticles were much higher than those of other electrode materials . The results showed that the properties of CoMo _ 4 were improved by hydrothermal method . The results showed that the samples were of C and 尾 - CoMoO4 . The results showed that the C - coated CoMo _ 4 composite was coated on the surface of CoMo _ 4 by hydrothermal - carbonization . The results showed that the C - coated metal oxide was coated on the surface of CoMo _ 4 material , and the mass ratio of C was 5.76 % . The effect of carbon coating on the properties of CoMo _ 4 nanosheets was investigated by SEM . The average discharge capacity of C - coated CoMo _ 4 nano - sheets was only 599 / 618 mAh g ~ ( -1 ) , the capacity retention rate was 77 % , and the average discharge capacity of C - coated CoMo _ 4 electrode was only 599 / 618 mAh g ~ ( -1 ) . The maximum specific capacitance of CoMo _ 4 and carbon - coated CoMo _ 4 nanosheets is 1492 and 85F g ~ ( -1 ) , respectively , and the capacity retention ratio is 74 % and 80 % , respectively . The specific capacitance of the carbon - coated CoMoO4 is more obvious than that of the capacitor . In the constant current charge - discharge test , the electric conductivity of CoMo _ 4 is increased compared with CoMoO4 and C - coated CoMoO4 , which indicates that the carbon coating improves the electrical conductivity of CoMoO4 . This is the main reason for the improvement of the electrochemical performance of CoMoO4 .

【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912;TM53

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 張晶晶;余愛水;;納米結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料（英文）[J];Science Bulletin;2015年09期

2 錢恒安;邢樹佩;;新型動力電池技術(shù)及應(yīng)用[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2007年02期

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本文編號：1692861