摘要
锌离子电池(ZIBs)采用温和的水电解质，因其成本低、环境友好、易于制造、相对安全等独特优势，越来越受到人们的关注。目前，对于水系锌离子电池（AZIBs）来说，开发一种性能优异、结构稳定、容量大的正极材料是研究的热点。在所有的AZIBs正极材料中，锰基化合物正极材料具有储量丰富、成本低廉、毒性低、价态丰富、储锌能力强等优点，是最前景最好的研究材料之一。近年来，具有多种优化策略的锰基复合材料作为AZIBs正极材料得到了广泛的研究。但因其导电性能达不到理论值，且循环寿命较差，阻碍了其发展。为了改善此问题，本文通过对材料的结构和表面进行改性，提高了其电化学性能。 本文的主要内容有： （1）利用水热和溶剂热等方法再经过高温烧结后成功合成了含碳涂层的双相氧化锰/硫化锰复合纳米颗粒作为AZIBs的正极材料。双向异质结构形成了独特的异质界面，增加了活性位点。高硬度的碳框架不仅在电池充放电时保护了电极的结构，同时也避免了活性物质与电解液的直接接触，对副反应锰离子的溶解进行了补充，提高了循环保持率。纳米结构缩短了离子在晶体中的扩散路径，赋予了更多的反应位点，加快了锌离子的传输和扩散，从而实现了高容量和长循环稳定性。所组装电池在0.1A/g的电流密度下放电容量为397.7mAh/g。当电流密度增大到5A/g时，材料依然具有59.4mAh/g放电容量，倍率性能优异。材料循环100次后依旧具有87%左右的循环保持率。杰出的循环和倍率性能归因于碳框架对材料结构的保护以及双相异质结构提供了异质界面，增加了活性位点。这种优化策略解决了传统二氧化锰材料导电性差的问题。 （2）用常见的溶胶凝胶法和水热法经过刻蚀后再将导电聚合物包覆在材料表面，成功合成出了带有聚多巴胺涂层的空心二氧化锰纳米球（hs-MnO2@PDA）作为AZIBs的正极材料。空心结构和聚合物涂层一方面缓冲了材料在材料充放电过程中发生的巨大体积变化,使材料结构更加稳定，从而提高了材料的容量保持率，另一方面也可以使得材料的比表面积增加，具有更多的活性位点，增加了材料的电化学性能。合成的材料表现出良好的电化学性能，在0.1A/g的电流密度下具有365.8mAh/g的放电容量。经过100次充放电循环后，容量保持率为95%。得益于导电聚合物涂层优秀的导电能力，当电流密度增大到2A/g时，材料依然具有153.8mAh/g的放电容量，表现出优异的倍率性能。这种特殊结构结合导电聚合物涂层策略，对电极材料今后的研发提供了思路。
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