水系锌离子电池α-MnO₂正极材料改性研究

【作者】 魏鹏宇； 婷婷； 刘长洋； 卞刘振； 安胜利；

【机构】 内蒙古科技大学； 北京科技大学；

【摘要】 水系锌离子电池（AZIBS）具有价格便宜、环保,无毒等优点^[1],被认为是极具前景的二次电池,受到了广泛的关注与研究。MnO₂由于具有良好电化学储能性能,被广泛用于锌离子电池的正极材料2,然而MnO₂较差的电子导电性以及较低的离子扩散速率等导致了循环性能较差。基于上述问题,本文采用水热法制备Ni掺杂α-MnO₂纳米线正极材料,分别以Ni和Mn原子比为1:10（Ⅰ）,1:20（Ⅱ）,1:30（Ⅲ）进行掺杂。Ni的引入增大了晶格间距,增多了氧缺陷,使扩散能垒降低,从而提高了离子的传输能力和电子电导率。同时,Ni掺杂增大了正极材料的比表面积,使得活性位点增多,有利于Zn⁺的扩散。基于此,Ni-α-MnO₂相较α-MnO₂表现出更优异的电化学性能。从倍率性能测试中看出,在0.1 A g^-1的电流密度下,Ni-α-MnO₂-Ⅱ的放电比容量为310 mAh g^-1,经过不同倍率充放电之后,重新回到0.1A g^-1,放电比容量可达203mAh g^-1,这远优于α-MnO₂。在0.3 A g^-1的电流密度下循环50次,Ni-α-MnO₂-Ⅱ仍保持116 mAh g^-1的放电比容量,而α-MnO₂的放电比容量仅为85 mA h g^-1。该工作为改善水系锌离子电池的电化学性能提供了一种可行的方案。更多还原