【摘 要】
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水系锌离子电池作为新一代储能装置正被广泛地研究。水系电解液的存在使得水系锌离子电池具有明显优于锂离子电池的安全性。正极材料的开发被认为是离子电池商业化的首要问题。其中,钒基材料被广泛认为是最具潜力的水系锌离子电池正极材料的候选之一,它们的多价态变化特性使其在充放电时更容易发生多电子氧化还原反应。然而,钒基材料在充放电时会溶解于电解液,造成容量不断损失。因此,对钒基材料改性以解决溶解等问题是发展水系
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水系锌离子电池作为新一代储能装置正被广泛地研究。水系电解液的存在使得水系锌离子电池具有明显优于锂离子电池的安全性。正极材料的开发被认为是离子电池商业化的首要问题。其中,钒基材料被广泛认为是最具潜力的水系锌离子电池正极材料的候选之一,它们的多价态变化特性使其在充放电时更容易发生多电子氧化还原反应。然而,钒基材料在充放电时会溶解于电解液,造成容量不断损失。因此,对钒基材料改性以解决溶解等问题是发展水系锌离子电池储能技术的关键。首先,本文以钒基材料作为基础,利用碳壳来修饰三氧化二钒（V2O3）得到V2O3@C复合结构,在保证钒氧化物特性的同时提高了正极材料的导电性和稳定性。此外,本文还通过溶剂热法制备了花球状V1.11S2纳米结构并首次测试其在水系锌离子电池中的表现,以探究微纳结构对电化学性能的影响。具体研究内容如下:（1）通过简单的水热反应制备了V2O5纳米颗粒。在此基础上,利用多巴胺为碳源,通过搅拌、干燥以及煅烧等工艺得到具有坚硬碳壳的V2O3@C纳米球复合材料,从而改善了V2O3易溶解的缺点。并且,通过探究不同煅烧温度对碳还原反应的影响,V2O3@C纳米球的碳壳厚度被进行了精确的调控。拟合实验数据后,确定了最佳电化学性能的煅烧温度为800℃（VC-800）,此时的V2O3@C具有最优的核壳质量比,因而表现出最佳的电化学性能。具体来说,V2O3@C在0.5 A g-1下的前100次循环中在700、800和900℃下获得的容量分别为454.5、400.7和325.1 m Ah g-1。并且,当电流密度为10 A g-1时,VC-800在循环10000次后的容量具有126%的保持率。在碳壳存在的情况下,V2O3保持了可逆的氧化还原价特性,同时提高了电导率和力学性能。（2）为了探究钒基材料微纳结构对电池性能的影响,通过简单的一步溶剂热法和煅烧工艺合成并探究了V1.11S2花球在水系锌离子电池正极中的性能。得益于优异的形貌和稳定的化学体系,该电极在循环过程中表现出持续的容量增长,随后保持长期的稳定性。此外,它还具有出色的倍率性能。具体而言,电极容量在0.1 A g-1时达到224.8 m Ah g-1;并且在2 A g-1时的2000次循环期间,容量从39.1 m Ah g-1增加到51.4 m Ah g-1。这种特性可以归因于电极连续且缓慢的活化过程以及散落的纳米片导致的有效面积增长,这使得电解质能够充分渗透到材料中并暴露出更多的活性位点。同时,由于水分子的嵌入而增加的V1.11S2层间距可以为离子传输提供宽阔的通道。
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