【摘 要】
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自锂离子电池（LIBs）商业化以来,席卷了便携式电子产品以及电动汽车市场。然而,由于锂元素的丰度有限,致使潜在成本增加。水溶液锌离子电池（ZIBs）是一种很有前途的LIBs替代品,一度成为能源研究方向的热点。但传统电极制备工艺是通过将导电添加剂、聚合物粘结剂和活性物质混合成均匀的浆料,依靠粘结剂粘附在集流体上。该过程中使用的导电添加剂和粘结剂均不具有电化学活性,这成为了金属离子传输和电解液扩散的障
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自锂离子电池（LIBs）商业化以来,席卷了便携式电子产品以及电动汽车市场。然而,由于锂元素的丰度有限,致使潜在成本增加。水溶液锌离子电池（ZIBs）是一种很有前途的LIBs替代品,一度成为能源研究方向的热点。但传统电极制备工艺是通过将导电添加剂、聚合物粘结剂和活性物质混合成均匀的浆料,依靠粘结剂粘附在集流体上。该过程中使用的导电添加剂和粘结剂均不具有电化学活性,这成为了金属离子传输和电解液扩散的障碍,会导致低的倍率性能和可逆容量。此外,因为粘结剂不能与基底形成很强的化学键,活性材料很容易从集流体上分离,这也会影响金属离子插入和脱出的可逆性程度,直接在集流体上原位生长活性物质可以克服以上问题。这将增强集流体和活性材料之间的粘结性,提高导电性,并能防止长循环过程中活性物质的结块问题。而钒基材料因其安全性、晶体结构多样、资源丰富、成本低廉和高理论容量等优点也被大量的研究。因此本论文的研究结果如下:（1）基于水热合成技术,在碳布上原位生长了各种钒基材料,包括钒酸钙纳米带(Ca0.24（V2O5）（H2O）)、钒酸钾(K0.23V2O5)纳米带、水合五氧化二钒（V2O5·1.6H2O）、离子(Ca2+、Cu2+)插层五氧化二钒,分别对其物相、形貌等进行详细的表征与分析,制备的活性物质在碳布上均有很高的负载量。（2）研究了Ca0.24（V2O5）（H2O）作为ZIBs正极的储锌性能及机理。制备的材料在0.5 A g-1下的放电比容量为167.4 m Ah g-1。在1.0 A g-1的电流密度下循环530次后获得95.6 m Ah g-1的放电比容量。在电池的充放电过程中,发现Ca2+似乎也参与了该过程。（3）通过非原位测试证明了K0.23V2O5纳米带中的Zn2+的插入和脱出现象。在0.1 A g-1电流密度下可以获得236.6 m Ah g-1的放电比容量。（4）制备的V2O5·1.6H2O以及其离子插层氧化物的储能机理及其电化学动力学被详细研究。结果表明铜离子和钙离子插层的活性物质的电化学性能均优于纯相的V2O5·1.6H2O。尤其是钙离子插层的Ca VOH@CC在0.1 A g-1时,获得248.7m Ah g-1的比容量。从材料的反应动力学出发,发现Ca VOH具有最好的电化学性能归因于它具有较大的晶面间距,最小的电荷转移阻抗以及最高的赝电容贡献占比。
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