[发明专利]一种Mo掺杂CoWO4

说明书

本发明提供一种高性能的CoWO₄电极材料及其制备方法，该CoWO₄电极材料经过Mo的有效掺杂，钼原子部分取代钨，将破坏钴中心的配位对称性，增强钴活性中心的极性，有效提高CoWO₄电极材料的电化学活性；将其用于SC电极时，有效的提升了CoWO₄的电化学性能，例如，放电容量提升1.6倍以上。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，涉及Mo掺杂CoWO₄材料的制备方法。

背景技术

超级电容器(SC)由于其高功率密度、快速充电能力、长寿命、优异的安全性和环境友好性，作为高效、可持续、高性能的电化学储能和供电设备，正受到世界范围内的广泛关注。然而，低比电容和小工作电压窗口限制了它们在高能量密度器件中的广泛应用。使用电池型正极和碳基负极材料组装非对称超级电容器是一种非常有效的方法，可以提高工作电压窗口和比电容，并提高能量密度，用于实际应用中作为储能装置。尽管在超电领域已经进行了大量的研究，但仍有足够的空间进一步改善超电的电化学性能。在这种情况下，由于电极材料的结构设计不当，许多已报道的超电显示出低能量密度、较差的速率性能和较差的循环稳定性。此外，在能量和功率密度之间还有一个折衷。最具挑战性的任务是制备高性能的赝电容电极材料，这种材料可以提高超电的能量密度，而不会影响其他电化学性能(循环寿命)。

过渡金属氧化物及其衍生物，通常是基于Mn、Co、Ni、Mn、W、Fe、Zn等的氧化物及其衍生物，由于其丰富的地球特性、环境友好性、低成本效益以及丰富的氧化还原化学，是非常值得研究的储能应用候选物。CoWO₄是一种含钨金属离子的双金属氧化物，在储能技术中具有明显的特征。Co²⁺/Co³⁺氧化还原对负责电荷存储而W原子负责传递10^-7-10^-2Scm^-2量级的导电性。然而，由于CoWO₄固有特性，如纳米颗粒的导电性差和团聚，阻碍了其电化学应用的发展。因此，有必要开发一种简单且可持续的方法来提高CoWO₄电极材料的电化学性能。

通过共沉淀法引入杂原子是修饰电极材料表面电子态进而提升电极材料电化学性能最佳且最简单的方法。在众多杂原子中，Mo被认为特别有希望通过改变电极材料与电解质离子的导电性、润湿性和反应性来增强电极材料的电化学特性。

例如，CN202111397586.6利用了Mo高价态特性，抑制Mn的溶解从而提高了MnO₂的循环性能，进而改善了锰基材料锌离子电池的整体电化学性能。CN202011495200.0将Mo掺杂到NiCo₂O₄晶格中，部分取代Co³⁺，掺杂至NiCo₂O₄晶格形成三金属氧化物，不仅使得材料的化学元素组成复杂，而且由于Mo具有的多种氧化态，使得掺杂后的材料的离子组成更为复杂，形成了丰富的缺陷位点，同时Ni、Co、Mo协同作用，从而使得Mo掺杂到NiCo₂O₄的材料具有优异的电化学性能，这主要利用了Mo具有多种氧化态，使得掺杂后的材料的离子组成更为复杂，形成了丰富的缺陷位点。

然而，针对CoWO₄体系，一方面，不存在溶解问题，本领域技术人员不会基于CN202111397586.6的启示采用Mo对CoWO₄进行掺杂；另一方面，CoWO₄本身各金属价态单一固定的，不具有NiCo₂O₄的金属多价态性质，Mo的多种氧化态对于CoWO₄将不产生贡献，因此，本领域技术人员不会基于CN CN202011495200.0的启示采用Mo对CoWO₄进行掺杂。

发明内容