碳包覆鉬酸鈷納米片陣列復(fù)合材料的制備及電化學(xué)儲(chǔ)能研究.pdf

1、過(guò)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(jí)電容器和鋰離子電池電極材料的研究熱點(diǎn)，其中以MnO2、NiO、Co3O4和RuO等為典型代表。過(guò)渡金屬氧化物電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致其實(shí)際比容量不高;充放電過(guò)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(guò)渡金屬氧化物。相比于單金屬氧化物，二元過(guò)渡金屬氧化物的禁帶寬度更小，電子導(dǎo)電率更高，同時(shí)，其理論容量也更大，制備鋰電池和超電

2、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(guò)渡金屬氧化物仍然存在電導(dǎo)率較低的不足。將二元過(guò)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(duì)納米結(jié)構(gòu)的CoMoO4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(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)分析

3、C包覆CoMoO4的結(jié)構(gòu)特征，通過(guò)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CoMoO4的鋰電池性能和贗電容性能，闡明碳包覆對(duì)CoMoO4電化學(xué)儲(chǔ)能性能的影響。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、采用水熱法合成生長(zhǎng)在泡沫Ni基底上的CoMoO4納米片陣列，并通過(guò)水熱-煅燒法對(duì)CoMoO4納米片陣列進(jìn)行碳包覆處理。在水熱反應(yīng)后，對(duì)樣品進(jìn)行XRD、SEM檢測(cè)，結(jié)果表明在泡沫Ni基底上生長(zhǎng)了有序的

4、、相互交聯(lián)的三維網(wǎng)狀CoMoO4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(duì)樣品進(jìn)行物相檢測(cè)(XRD、EDS和SEM)，XRD測(cè)試結(jié)果表明樣品為C和β-CoMoO4的復(fù)合物，EDS表明C材料均勻包覆在CoMoO4材料表面，C的質(zhì)量比為5.76％，通過(guò)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CoMoO4納米片表面變得更加光滑細(xì)膩，納米片邊緣由不齊整

5、變平滑，特別是納米片表面的納米孔洞都被填實(shí)，進(jìn)一步證實(shí)了C材料已經(jīng)成功包覆在了CoMoO4納米片的表面。純CoMoO4和C包覆CoMoO4的負(fù)載分別為1.4和2.1mg cm-2。同時(shí)熱重測(cè)試(TG)表明葡萄糖在400℃時(shí)完全碳化，該溫度是合適的煅燒溫度。
　　2、以C包覆CoMoO4納米片陣列作為鋰離子電池的負(fù)極材料研究碳包覆對(duì)CoMoO4納米片鋰電池性能的影響。碳包覆之后，CoMoO4納米片表現(xiàn)出更高的比容量、更好的循環(huán)性能和

6、倍率性能，鋰電池性能有了明顯提高。在100mA g-1的電流密度下，C包覆CoMoO4納米片陣列的首次充/放電容量分別為768/769mAh g-1，高于純CoMoO4納米片陣列662/711mAh g-1的比容量。在50次循環(huán)過(guò)程中，C包覆CoMoO4復(fù)合電極的平均充/放電比容量為630/651mAh g-1，容量保持率（相對(duì)于最大放電比容量）為82％，而純CoMoO4電極的平均比容量只有599/618mAh g-1，容量保持率為77

7、％，通過(guò)碳包覆提高了CoMoO4的循環(huán)性能和比容量;此外，大電流下C包覆CoMoO4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240mAhg-1，遠(yuǎn)大于單一CoMoO4的229、165和80mAh g-1的平均放電比容量，說(shuō)明了C包覆CoMoO4良好的倍率性能，同時(shí)C包覆CoMoO4在倍率由2C恢復(fù)至0.4C時(shí)，達(dá)到了初始0.4C時(shí)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

8、曲線、恒電流充電曲線和EIS圖揭示了碳包覆有效提高了CoMoO4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CoMoO4的鋰電池性能的原因。
　　3、以C包覆CoMoO4納米片陣列作為超電容活性材料，研究碳包覆對(duì)CoMoO4納米片贗電容性能的影響。結(jié)果表明，碳包覆對(duì)CoMoO4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，CoMoO4和碳包覆CoMoO4納米片陣列的最高比電容分別為1492和1

9、865F g-1，容量保持率分別為74％和80％，碳包覆對(duì)CoMoO4的比電容和循環(huán)性能的提升作用明顯;C包覆CoMoO4的大電流性能尤為突出，在1、2、4、6、8和1Ag-1的電流密度下，其比電容分別為1265，1251，1137，1128，1105，1317F g-1，當(dāng)電流密度恢復(fù)至1A g-1時(shí)，其比電容還略有提升，說(shuō)明其突出的倍率性能。恒電流充放電測(cè)試中，相比于CoMoO4，C包覆CoMoO4的充電平臺(tái)電壓下降，放電平臺(tái)上升，