水系锌离子电池具有安全性好、成本低廉、能量密度高等优点,在电化学能量存储领域表现出良好的应用前景。然而,常用的金属锌负极存在枝晶生长、析氢反应、腐蚀反应等问题,造成水系锌离子电池存在库伦效率较低和循环寿命较短的问题。因此,开发简单高效的金属锌负极的改性方法并揭示其改性机制,对于水系锌离子电池的实用化具有重要意义。本论文以成本低廉、富含丰富氮氧官能团的生物质衍生物作为电解液添加剂,直接实现了金属锌负极的高效改性。首先选取小分子有机物甜菜碱作为电解液添加剂,氮氧官能团与锌的化学键合作用使甜菜碱紧密吸附在金属锌表面,促进了锌晶粒的细化和锌的均匀沉积,抑制了腐蚀反应和枝晶形成,有效提升了金属锌负极的可逆性和循环寿命(2 m A·cm-2/1m Ah·cm-2的测试条件下可稳定循环1000 h),锌离子全电池性能也得到显著提升。进一步选取大分子有机物聚天门冬氨酸作为电解液添加剂,独特的长链结构使其表现出比小分子单体更强的锌吸附作用,表现出更好的析氢、腐蚀和枝晶生长抑制效果,改性的金属锌负极表现出了2200 h的超长循环寿命,锌离子全电池在1 A·g-1下仍有137.1 m Ah·g-1的可逆比容量。为了进一步提升金属锌负极的电化学性能,本论文还以生物质衍生物明胶作为碳前驱体、硫酸锌作为辅助剂,通过低温热解在金属锌表面构建了一层氮氧掺杂碳包覆氧化锌纳米片结构。丰富的亲锌位点和独特的结构有效降低了锌负极的沉积过电位,促进了金属锌的快速均匀的沉积和剥离,同时抑制了析氢和腐蚀反应,在2 m A·cm-2/1 m Ah·cm-2条件下实现了超过800 h的稳定沉积,水系锌离子电池也显示出优异的性能。