近年来,尽管电能存储设备的开发取得了很大的进展,但在不断增加的能源需求的推动下,对更高效、更安全、具有改进的特定性能的系统的追求仍在继续。为了满足新兴技术的电力需求,通过材料的多功能设计来实现兼具储能能力和机械性能的结构电池已经成为人们关注的焦点,以期在系统级上实现质量或体积的节省,并提高能源效率。但对于在电能存储领域处于领头羊地位的锂离子电池（LIBs）来说,将其集成为结构电池需要严苛的封装环境,且其表现出来的电池性能的局限性及安全性等问题仍得不到有效的解决。因此,锌离子电池（ZIBs）作为一种环境友好型的二次电池,具有高安全性和优异的倍率循环性能等优势,可以打破LIBs面临的窘境。然而,正极材料作为影响ZIBs性能的关键组成部分,存在容量低、寿命短等问题,将其集成结构ZIBs仍会面临储能能力低下的问题,所以通过制备高性能的正极储能材料将会是提高结构电池性能的有效策略。针对以上问题,本文通过形貌控制以及结构改性等策略制备了三种锰基正极材料,并与轻质高强的碳纤维结构增强复合材料结合,自行设计组装了结构锌离子电池,并对它们的储能能力和机械性能进行了研究。本文主要研究内容如下:采用一步水热法简单快速地自组装了MnO2海胆状微球。以其为正极储能材料组装的结构ZIBs在0.1 A g-1和0.5 A g-1的电流密度下循环500次之后的比容量分别为29.7 m Ah g-1和17.4 m Ah g-1,其容量保持率分别为24.9%和20.2%。其良好的电化学性能得益于MnO2正极独特的形貌特征使其获得较大的比表面积,扩大了与电解液的接触面积,有利于Zn2+的嵌入/脱出。并且结构ZIBs经过拉伸和弯曲试验后的抗拉强度和抗弯强度分别为134.3 MPa和182.6 MPa,验证了其优异的力学性能。该结果证明了制备结构ZIBs的可行性及其发展潜力。由于MnO2材料导电性差,循环不稳定等原因,通过水热处理、溶液合成以及热处理等方法引入高导电性的氮掺杂碳材料并减小了晶粒尺寸,成功制备了MnOx/N-C纳米复合材料。以其为正极组装的结构ZIBs在0.1 A g-1和0.5 A g-1的电流密度下循环500次之后的比容量分别为61.7 m Ah g-1和34.4 m Ah g-1,其容量保持率分别为54.6%和44.4%。结构ZIBs的抗拉强度和抗弯强度分别为154.3MPa和203.2 MPa。由于内部MnOx基体的双相氧化还原,可以确保离子的快速转移,以及纳米材料表面由N掺杂碳层组成的高导电网络,提高了材料整体的导电性,并可有效缓冲MnOx基体在充放电过程中的体积膨胀,减少了材料内应力的产生,从而使得结构ZIBs表现出更加优异的循环稳定性和力学性能。为了解决循环过程中活性物质脱落问题并进一步提升结构ZIBs的综合性能,通过引入三维柔性碳布成功制备了自支撑Mn3O4@CC复合材料。该电极材料不需要使用粘结剂和导电剂,可有效提高结构稳定性,防止活性物质脱落。由于碳布独特的编织结构与具有独特纳米花结构的Mn3O4之间的协同作用,在提升整体导电性的同时也为Zn2+的嵌入提供了更多的活性位点。所以,以其为正极组装的结构ZIBs在0.1 A g-1和0.5 A g-1的电流密度下循环500次之后的比容量分别为68.4 m Ah g-1和51.4 m Ah g-1,其容量保持率分别为59.6%和51.9%。由于碳布固有的高机械强度,进一步提升了结构ZIBs的抗拉强度和抗弯强度,分别为162.9 MPa和212.8 MPa。该研究为结构ZIBs的发展提供了有效的参考方案。