【摘 要】
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水系锌离子电池因具有低成本、高安全性、对环境友好且组装工艺简单等诸多优势,近年来受到科研人员的广泛关注。然而,由于Zn2+离子嵌入的缓慢动力学和在水系电解液中的正极活性材料的部分溶解等因素,使获得高性能的水系锌离子电池成为一个重要的研究课题。本文通过结构设计,并采用球磨法、水热法和静电纺丝法等多种方式来制备矾氧化物正极材料,以优化和提升其在水系锌离子电池中的比容量、循环寿命和倍率性能,促进其实际应
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水系锌离子电池因具有低成本、高安全性、对环境友好且组装工艺简单等诸多优势,近年来受到科研人员的广泛关注。然而,由于Zn2+离子嵌入的缓慢动力学和在水系电解液中的正极活性材料的部分溶解等因素,使获得高性能的水系锌离子电池成为一个重要的研究课题。本文通过结构设计,并采用球磨法、水热法和静电纺丝法等多种方式来制备矾氧化物正极材料,以优化和提升其在水系锌离子电池中的比容量、循环寿命和倍率性能,促进其实际应用。具体工作如下:（1）采用球磨法制备V2O3@C微纳颗粒正极材料。以五氧化二钒（V2O5）和葡萄糖（C6H12O6）为原料,并加入适量的无水乙醇（C2H6O）进行高能湿法球磨得到前驱体粉体。经过高温烧结后,得到碳包覆的V2O3纳米颗粒（B-V2O3@C）正极材料。该正极材料与商业化的V2O3正极材料相比,电化学性能具有较大幅度的提升。其在1000 mA g-1的电流密度下,放电比容量最高可达430mAh g-1;在5000mA g-1的电流密度下,经2000次循环后放电比容量依然可达84 mAhg-1,显示了优异的循环稳定性。该正极材料合成方法简单且适合大批量的制备,在水系锌离子的大规模应用方面具有一定的优势。（2）采用水热法制备V2O5纳米纤维正极材料。以偏钒酸铵（NH4VO3）和邻苯二甲酸（C8H6O4）为原料配置均匀的前驱体溶液,并利用水热反应制备V2O5纳米纤维正极材料。该正极材料基于其独特的一维结构特点,具有较为丰富的反应活性位点和较短的Zn2+离子传输距离,从而能够实现高效的锌存储性能。该正极材料在200 mA g-1的电流密度下放电比容量最高为264.5 mAh g-1;在2000 mA g-1的高电流密度下,倍率容量可达到132.6 mAh g-1。此外,在经历长期的循环后,仍具有较好的结构完整性。该正极材料与商业化的V2O5正极材料相比,具有良好的竞争力。（3）采用静电纺丝法制备柔性的V2O3@C纳米纤维薄膜正极材料。将乙酰丙酮钒（C15H21O6V）和聚丙烯腈（PAN）溶于二甲基甲酰胺（DMF）溶液中,并通过静电纺丝、热处理（稳定化、碳化烧结）制备V2O3@C纳米纤维薄膜正极材料。该正极材料中,V2O3纳米颗粒均匀地嵌入在碳纳米纤维中,从而可以有效地提升材料的离子和电子电导率,改善其电荷传输动力学性能。该正极材料在电流密度为50mA g-1的电流密度下最大比容量为220mAhg-1;在200 mA g-1和2000 mA g-1的电流密度下经1000次循环后比容量仍可达到120 mAh g—1和100 mAhg—1,显示出良好的锌存储性能。该正极材料可与柔性的负极材料相匹配,从而在柔性电子器件领域具有较好的应用潜力。
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