【摘 要】
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社会的发展使人类对能源的需求不断增加,发展可再生、无污染的新型能源成为当前要务。作为当今能源市场主要储能设备的锂离子电池虽具备容量大、循环寿命长、工作电压高等优点,但其存在的成本高、污染大、安全性低的缺点限制了其进一步发展。目前,具有安全环保、制造成本低、大电流充放电能力强等优良特点的水系锌离子电池被认为是一种能够替代锂离子电池的新型储能装置。然而,锌离子电池正极材料仍存在循环寿命不够理想等问题,
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社会的发展使人类对能源的需求不断增加,发展可再生、无污染的新型能源成为当前要务。作为当今能源市场主要储能设备的锂离子电池虽具备容量大、循环寿命长、工作电压高等优点,但其存在的成本高、污染大、安全性低的缺点限制了其进一步发展。目前,具有安全环保、制造成本低、大电流充放电能力强等优良特点的水系锌离子电池被认为是一种能够替代锂离子电池的新型储能装置。然而,锌离子电池正极材料仍存在循环寿命不够理想等问题,其电化学性能亟需改善。本论文以理论容量较高的HNaV6O16·4H2O作为研究对象,采用简易的一步水热法合成产物,并对HNaV6O16·4H2O的水热温度、水热时间进行优化,再将产物与葡萄糖基碳球进行复合以获得具有最佳电化学性能的HNaV6O16·4H2O正极材料。本论文的主要研究内容如下:（1）研究水热温度和水热时间对HNaV6O16·4H2O电化学性能的影响。首先利用XRD、SEM、TEM等表征手段对不同水热条件下制备的HNaV6O16·4H2O进行物相、形貌、结构表征,然后利用电池测试仪和电化学工作站测试其电化学性能。设置水热温度为120℃、160℃、200℃,水热时间为12 h、18 h、24 h实验结果表明,水热温度为200℃、水热时间为18 h时所制备的HNaV6O16·4H2O结晶度最好、晶粒最细小,其用作水系锌离子电池正极表现出最佳的电化学性能,在电流密度为0.1A·g-1展现出508m Ah·g-1的高比容量,并且能够在2A·g-1下循环2000次后仍能够保持最大比容量的94.4%,体现出优异的长循环稳定性。（2）为了进一步提升HNaV6O16·4H2O在大电流密度下的长循环性能,将HNaV6O16·4H2O与球形葡萄糖进行复合并通过高温热处理的方式在正极材料表面构筑纳米碳层,研究不同的HNaV6O16·4H2O/葡萄糖复合比（1:1、1:1.25、1:1.5）对HNaV6O16·4H2O电化学性能的影响并探究其改性机理。结果表明,表面形成的无定形纳米级厚度碳层可有效提高材料的导电性,降低其电化学阻抗,促进锌离子的扩散,从而提升材料的大电流充放电性能,还可减少HNaV6O16·4H2O与电解液的直接接触,有效抑制HNaV6O16·4H2O在水系电解液中的溶解与电化学反应,增强材料在Zn2+脱嵌过程中的结构稳定性。当复合比例为1:1.25时,复合材料具有最佳的电化学综合性能,其在10A·g-1的大电流密度下能够实现107m Ah·g-1的放电比容量,在10000次循环后相对于稳定状态仍有93.8%的高容量保持率,展现出优异的长循环稳定性。
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