水系锌离子电池二氧化锰基正极材料的制备、改性及储锌性能研究
当前高能量密度的锂离子电池(LIBs)已经占据了商业可充电电池的市场，但是由于锂资源的有限导致了成本的升高，以及有机电解质造成的环境污染和安全性问题，使得人们对锂离子电池的长期发展产生了越来越多的担忧。因此高性能的水系锌离子电池(Zinc-ionbatteries,ZIB)受到了人们的广泛关注。针对水系锌离子电池中α-MnO2基正极材料在充放电过程中发生的锰溶解和不可逆的晶格结构畸变造成的循环稳定性差，以及α-MnO2本征导电性差导致容量低的问题，本论文通过与碳材料石墨烯(GO)复合改性、与导电聚合物聚吡咯(PPy)复合改性、引入异质结构二氧化钛(TiO2)、金属元素Ni、Co共掺杂的方式对材料性能进行优化。 (1)首先采用碳材料石墨烯复合制备了α-MnO2/rGO,与碳材料的复合是一种快速、简便、高效的改性方法，探究了不同电解液对性能的影响,证明了添加Mn2+的电解液可以预平衡锰的溶解，提高循环稳定性。又通过对MnO2/rGO包覆PPy提高了电化学性能及循环稳定性，归功于PPy与rGO的协同作用。 (2)引入了TiO2与MnO2复合形成异质结构α-MnO2/TiO2,异质结构的作用在于可以抑制Mn的团聚和粉化，保证了结构的稳定性，在此基础上进行了聚吡咯包覆，所得到的α-MnO2/TiO2@PPy电化学性能得到了进一步的提升，且在循环后依然可以保证结构的稳定。 (3)元素掺杂可以从原子的角度上来抑制Mn的溶解和晶格畸变问题。Ni、Co双元素共掺杂α-MnO2正极材料，构建了双活性位点来调控Mn-O电子态，在稳定结构的同时也增强了电化学性能。Ni-Co-MnO2电极在高电流密度5C下依然可以较稳定的循环，且在循环400次后仍具有较高的比容量(160.9mAhg-1),满足水系锌离子电池的高性能要求。
正极材料;水系锌离子电池;二氧化锰;储锌性能
北京化工大学
硕士
材料与化工
隋刚;马仲发
2023
中文
TM242;TM912
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）