核壳结构金属氧化物电极材料的制备及其电化学性能研究

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1、分类号:O64学校代码：10697密级:公开学号：201520544核壳结构金属氧化物电极材料的制备及其电化学性能研究学科名称：凝聚态物理作者：曹林丽指导老师：任兆玉教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月Researchonpreparationandelectrochemicalperformanceofmetaloxideelectrodematerialwithcore-shellstructureAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartia

2、lfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCondensedMatterPhysicsByCaoLinliSupervisor:RenZhaoyuProfessorJune2018西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩

3、印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日--------------------------------------------------------------西北大学学位论文独创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人

4、已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：年月日摘要摘要超级电容器能在保持高功率密度情况下仍然具有较高的能量密度，因而近些年被大量研究。电极材料是超级电容器中的核心组成部分，对超级电容器整个器件的性能起决定作用。锰，钴，镍氧化物因为在自然界中含量丰富，价格低廉，同时具有较高的理论比电容值，因此常被用作超级电容器的电极材料。核壳结构可以缩短离子扩散距离、

5、可以增加电极材料的比电容值、增强电极材料的循环稳定性。基于此，我们将金属氧化物制备成具有核壳结构的电极材料，获得了性能优异的超级电容器电极。本论文的研究工作主要包括：（1）MnO2纳米片/MnO2纳米管/三维石墨烯泡沫核壳分级结构复合电极材料的制备及其电化学性能研究。通过化学气相沉积法和水热法，制备得到核壳结构的复合电极材料。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱等测试手段对样品的形貌和组分进行了表征。用三电极测试系统对电极材料的负载量与电化学性能之间的关系进行了研究，结果表明

6、当活性物质的负载量达到60%时，在扫速为2mV/s时，基于整个电极质量计算得到的全电极的质量比电容值达到176F/g。在50mV/s时，经过5000次长循环测试后，电极材料的电容值为初始电容值的124%。（2）NiO@MnCo2O4核壳结构电极材料的制备及其电化学性能研究。首先，经过水热和退火处理，在镍泡沫上制备得到NiO@MnCo2O4核壳结构的电极材料，并对样品的组分和形貌进行表征和分析。用三电极测试系统分别研究了单独的MnCo2O4纳米针与NiO@MnCo2O4核壳结构复合材料的电化学性能

7、。研究发现，在电流密度为1A/g时，复合结构的电容值为1186F/g，要高于MnCo2O4的756F/g，说明制备的核壳结构有效的提高了电极的电容值。（3）用制备得到的MnCo2O4电极材料组装成对称电容器，研究组装工艺对电容22器性能的影响，目前组装的电容器在电流密度为0.5mA/cm时，面电容值为0.1F/cm，电容器的组装工艺还需要进一步优化。关键词：金属氧化物，核壳结构，三维石墨烯泡沫，超级电容器I西北大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTSupercapacitors,w

8、hichcanmaintainhighenergydensitywhilemaintaininghighpowerdensity,havebeenextensivelystudiedinrecentyears.Electrodematerialisthecorecomponentofthesupercapacitor,whichplaysamajorroleintheperformanceofthesupercapacitor.Themanganese，cobaltandnickeloxidea