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水系锌离子电池是近年来受到人们广泛关注并且发展迅速的一种新型绿色的二次电池。与传统锂离子电池相比,水系锌离子电池具有安全性能高、组装工艺简单和无毒环保等优点,使其在储能和载运工具等领域具有光明的应用前景。在水系锌离子电池研究开发过程中,正极材料的选择应用始终是难点问题。二氧化锰作为最有潜力的储能材料,具有成本低廉、环境友好、毒性低和多价态等诸多优点。但是,二氧化锰作为水系锌离子电池正极材料,在充放电过程中普遍存在溶解和结构坍塌等问题,导致循环性能变差,限制了该材料在水系锌离子电池中的应用。本文采用不同的合成方法与制备工艺实现对二氧化锰结构和形貌的调控,并且通过氧化物包覆二氧化锰来提高其作为水系锌离子电池正极材料的电化学性能,主要研究内容如下:(1)纳米棒形二氧化锰材料的制备及性能研究。采用水热法,以MnSO4·H2O和KMnO4为原料,通过改变KMnO4的浓度和水热反应温度制备出不同晶型和形貌的二氧化锰。提高KMnO4的浓度可以驱使二氧化锰晶体结构由β-MnO2转变为α-MnO2。在水热反应温度180℃和KMnO40.06 mol/L条件下制备的纳米棒形β-MnO2材料的电化学性能表现最佳。在100 mA/g电流密度下,该材料最大放电比容量为211.4 mAh/g,经过100圈循环后材料的放电比容量为157.2 mAh/g,容量保持率为74.4%。(2)微米球形二氧化锰材料的制备及性能研究。采用共沉淀法,以MnSO4·H2O和NH4HCO3为原料,通过改变反应物的浓度制备不同形貌的二氧化锰。在反应物浓度MnSO4·H2O 0.007 mol/L、NH4HCO3 0.07 mol/L 条件下制备微米球形ε-MnO2 材料,其粒径约为2 μm,形貌规则且具有良好的分散性。电化学性能结果表明,该材料具有高放电比容量和良好的循环性能。在100 mA/g电流密度下,其最大放电比容量为243.2 mAh/g,经过100圈循环后材料的放电比容量为163.1 mAh/g,容量保持率为67.1%。(3)氧化物包覆微米球形二氧化锰材料的制备及性能研究。采用共沉淀法和热分解法合成了微米球形的MnO2@Al2O3、MnO2@MgO和MnO2@La2O3材料。通过氧化物包覆不仅增加了二氧化锰材料的放电比容量,而且明显地提高了二氧化锰材料的循环稳定性。其中,MnO2@MgO材料的粒径尺寸大小均一,形貌规则且具有良好的分散性。通过对其进行电化学性能测试发现该材料表现出优异的电化学性能。结果表明,MgO包覆层未对MnO2的结构产生改变,包覆层由纳米颗粒组成,厚度约为50 nm。MgO包覆材料的放电比容量得到明显提高,在100 mA/g电流密度下,MnO2@MgO材料的最大放电比容量为274.3 mAh/g。在1000 mA/g电流密度下500次循环后,放电比容量保持率高达84.1%,显示出优异的长期循环稳定性。MgO包覆层的存在主要起到隔离作用,避免了 MnO2与电解液之间直接接触造成的溶解,这是显著提高MnO2正极材料循环性能的主要原因。