【摘 要】
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在大规模储能方面,水系锌离子电池因其环境污染小,成本少,使用安全,具有巨大的应用潜力。发展锌离子电池高性能的正极材料是发展锌离子电池的关键。钒氧化物具有独特的层状结构而且价态丰富(从V3+到V5+)。因此,本文选择价态相对较高的VO2和V2O5作为正极材料。制备了高性能VO2正极,V2O5超薄纳米片正极和乙炔黑（AB）原位间隔V2O5纳米片正极,通过对材料形貌调控,优化电解液,系统地研究了材料的电
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在大规模储能方面,水系锌离子电池因其环境污染小,成本少,使用安全,具有巨大的应用潜力。发展锌离子电池高性能的正极材料是发展锌离子电池的关键。钒氧化物具有独特的层状结构而且价态丰富(从V3+到V5+)。因此,本文选择价态相对较高的VO2和V2O5作为正极材料。制备了高性能VO2正极,V2O5超薄纳米片正极和乙炔黑（AB）原位间隔V2O5纳米片正极,通过对材料形貌调控,优化电解液,系统地研究了材料的电化学性能。内容如下:本文采用简单的水热法制备了VO2,选用3 M Zn（CF3SO3）2电解液,组装了高性能的Zn-VO2电池。组装的水系Zn-VO2电池将提供更高的容量(在0.2 A g-1下,容量为332 m Ah g-1)。即使电流密度达到30 A g-1,水系Zn-VO2电池仍保持着良好的容量(255 m Ah g-1)。组装的水系Zn-VO2电池还具有高的能量/功率密度(即使在35.4 k W kg-1时仍可达到177 Wh kg-1),并且经过2000次循环,容量几乎不变。为了进一步提升钒基水系锌离子电池的能量密度。选择了比VO2价态更高的V2O5作为正极材料。相比于VO2,V2O5具有最高理论锌存储容量,为589 m Ah g-1(基于V5+/V3+),而且具有开放框架的晶体结构。在此,制备了具有2 nm超薄厚度的V2O5纳米片。二维纳米片的构造是完善的微结构,可以增强电极的电子导电性和使离子扩散快速。组装的水系Zn-V2O5电池可提供较高的可逆容量(在0.1 A g-1时为426 m Ah g-1),出色的倍率容量(在20 A g-1时为251 m Ah g-1),长循环性能(在10 A g-1时进行5000次循环后的容量保持率为95%)和优越的能量/功率密度(在11.9 k W kg-1的高功率密度下,能量密度为151 Wh kg-1)。为了进一步提高V2O5纳米片作为正极组装的电池的能量密度,我们制备了乙炔黑原位间隔V2O5纳米片,作为锌离子电池的正极。使用原位AB间隔物可以避免纳米片的堆叠和聚集问题。间隔V2O5作为正极组装的电池具有高比容量(452 m Ah g-1),优异的倍率性能,长循环寿命（循环5000圈以后,容量保持率达92%）。此外,间隔V2O5作为正极组装的锌离子电池表现出了高能量/功率密度(在19.3 k W kg-1时为158 Wh kg-1)。
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