随着环境和能源问题日益突显,开发经济、安全、环保和可持续的储能器件成为国际社会关注的热点。作为一种新型储能器件,使用中性或弱酸性的水系电解液,制造成本低,安全性高,理论比容量高的水系锌离子电池备受各界关注。然而,水系锌离子电池的发展仍处于初级阶段,很多方面依然存在不足。其一,缺乏满足二价Zn2+长期嵌入/脱出的正极材料;其二,电解质离子在正极材料中的存储机理存在争议,这进一步反向制约了正极材料理性设计和优化。因此,寻求合适的嵌锌正极材料,揭示其储锌机制,仍然是当前阶段需要重点关注的问题。在诸多正极材料中,钒氧化物因其丰富的化学价态、高的理论容量和天然丰度而被广泛研究,但是缓慢的Zn2+扩散动力学以及不稳定的结构,限制了其实际应用。本论文以钒氧化物为研究对象,从材料结构设计、合成制备、性能测试和机理探究四个方面,揭示钒氧化物嵌锌材料结构与性能的对应关系,以及电解质离子在其中的存储机理,为钒氧化物水系锌离子电池正极材料的发展提供实验支持和理论依据。（一）采用一步水热法制备了水合锂离子预嵌入的层状Li0.45V2O5·0.89H2O（LVO）单晶纳米片,并将其用作水系锌离子电池正极材料。层间的锂离子不仅扩大了层间距,而且起到了稳定层板结构的作用,保证LVO电极的循环稳定性;同时,层间锂离子与锌离子的相互作用较弱,利于Zn2+的扩散。将LVO作为水系锌离子电池正极进行测试,电流密度0.1 Ag-1时,放电比容量为403 mAhg-1;当电流增大到10A g-1,放电比容量保持在189 mAhg-1;10A g-1的电流密度下,经1000圈循环比容量保持率为86%。通过XRD、XPS和SEM技术详细探究了 LVO纳米片的储能机制,其表现出了可逆的H+/Zn2+双离子嵌入机制。（二）快速的离子扩散通道和稳定的晶体结构对于提升水系锌离子电池正极材料的储锌性能非常重要。本工作首次采用铁离子与烷基季铵阳离子共插层策略,改性V2O5型钒氧化物。通过水热反应和离子交换反应合成了铁离子与烷基季铵阳离子共插层的钒氧化物（FeVO-12）。铁离子与带负电VOx层板间的静电吸引稳定层结构;烷基季铵阳离子扩大层间距,高达19.26 （?）的层间距为Zn2+的嵌入/脱出提供了便利的通道;同时,烷基季铵阳离子还增加了活性材料的界面疏水性,抑制FeVO-12在水系电解液中的溶解。FeVO-12作为锌离子电池正极材料,在电流密度0.1 Ag-1时,展现出高达408 mAh g-1的比容量;当电流密度增大到5 A g-1时,比容量保持在208 mAh g-1,在10 A g-1电流密度下1000圈循环后容量保持率为90%。通过对其储能机理探究发现放电过程中出现Zny（OTf）y（OH）2x-ynH2O相,证明了H+/Zn2+双离子共嵌入机制。这种共插层策略为开发稳定高效的钒氧化物正极材料提供了优化设计方向。（三）阳离子预嵌策略有助于提升层状钒氧化物的电化学性能,但是现有的阳离子插层剂,只起到了扩大层间距,稳定层结构作用,并没有贡献额外的电化学容量。本工作采用具有Zn2+储存能力的亚甲基蓝为插层剂,通过溶胶凝胶法和离子交换法制备了亚甲基蓝插层V2O5型钒氧化物（HVO-MB）。亚甲基蓝不但能扩大层间距,而且通过配位反应储存Zn2+,增加了 HVO-MB的储锌性能。将HVO-MB在3 M Zn（CF3SO3）2水系电解液中进行测试,Zn//HVO-MB电池表现出优异的电化学性能,电流密度为0.1 A g-1时,比容量高达418 mAh g-1;当电流增大50倍,放电比容量保持在243 mAh g-1;10Ag-1的电流密度下,经2000圈循环后容量保持率为88%。电化学动力学分析发现HVO-MB存在着较大的赝电容电荷存储行为,这得益于其大的层间距和配位反应提供的快速离子迁移和电子传输能力。通过对其储能机制探究表明,HVO-MB同时具备了锌离子嵌入机制和配位反应机制。（四）前面的工作主要基于阳离子预嵌策略改性优化钒氧化物。虽然在质量比容量和倍率性能上取得突破,但是循环性能还有待进一步提升。本工作基于构建复合结构设计策略,以钒基金属有机骨架配合物（V-MIL-88）为前驱体,通过碳化、氧化法合成了具有一维棒状结构的C@VO2@V2O5水系锌离子电池正极材料。首先,有机配体原位碳化形成多孔碳支撑和包覆钒氧化物,使其避免电解液侵蚀;其次,基于VO2和V2O5的纳米复合,通过协同孔道储能和层状结构储能优势提升复合材料的循环性能和质量比容量;更重要的是,VO2与V2O5接触界面处产生的异质结,不仅提供有利于Zn2+脱嵌的活性位点,而且能稳定V2O5结构,提升循环稳定性。将C@VO2@V2O5进行电化学测试表明,经过2000次循环后电容保持率达到90.3%。