摘要
水系锌离子电池因其成本低、安全性高及生态友好等优势被广泛关注。而它的性能在很大程度上受限于正极材料的发展，使其难以满足商业化的需求。钒基氧化物具有理论容量大和化学价态多等优点是一种理想的储锌正极材料，得到了科研人员的青睐。但由于它的动力学缓慢、导电性低和结构不稳定，造成了电池容量严重衰减、倍率性能和循环稳定性变差。鉴于目前钒基氧化物所存在的问题，本论文采用构筑复合材料、材料纳米化和预嵌入策略的方法合成了不同的钒氧化物电极材料，从物相结构、性能测试、反应动力学和储能机理四个方面进行分析讨论，以探寻材料结构与电化学性能之间的关系。 (1)通过水热法制备了 MnV2O6(MnVO)纳米片，后用低温氧化聚合法合成聚苯胺(PANI)构筑MnVO@PANI复合材料，实现了两者之间协同作用。MnVO纳米片可以提供多的活性位点和更短的扩散路径，PANI 在提高本征导电性的同时使结构更为稳固。MnVO@PANI电极，在0.1 A g-1时，可以提供226.1 mA h g-1比容量；当电流密度增大到1 A g-1时，超500次循环容量保持率为50%的良好循环稳定性；通过非原位测试探索了MnVO@PANI的储锌机制，其展现出高度可逆的Zn2+脱嵌机制。 (2)利用水热法合成了宝塔状的 V10O24·12H2O 纳米材料，该结构提供了较多的活性位点且扩散路径较短，H2O 起静电屏蔽及支柱作用，加速反应动力学，提升了比容量、倍率性能和循环稳定性。V10O24·12H2O电极在0.1 A g-1时，提供369.7 mA h g-1比容量；当电流密度增大到5 A g-1时，超3000次循环仍能展示出91.9 mA h g-1比容量；此外，该电池提供297.4 Wh Kg-1高比能量和5790.7 W Kg-1功率密度，具有良好的应用前景。 (3)阳离子预插层策略是一种有效的改性手段，采用水热法预插水合锶离子成功制备了Sr0.08V2O5·0.64H2O(SrVOH)纳米带。电化学测试表明，预嵌入Sr2+可以增大层间距，更易于Zn2+输运，促进了反应动力学。且Sr2+作为层间支柱起到稳固材料层状结构的作用。SrVOH在0.2 A g-1时，可以提供326.2 mA h g-1比容量；当电流密度增大到5 A g-1时，超2000次循环容量保持率达69%，展现出高的储锌能力和优异的长循环稳定性。
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