摘 要

随着锂离子电池的广泛使用，其安全性问题和昂贵的价格等问题开始凸显。锌离子电池尤其是水性锌离子电池作为一种新型的储能器件因其较低的成本和较高的安全性开始受到研究者的关注。AgVO₃材料因其循环稳定性好，电导率高，合成成本低等优点，广泛应用在锌离子电池、锂离子电池、钠离子电池等化学储能电池中。AgVO₃纳米线因其独特的结构，尤其受到研究者的欢迎，本文通过软化学法合成了一维的AgVO₃纳米线，并将其用于水性锌离子电池正极材料，取得了如下研究成果：

（1）以V₂O₅为钒源，AgNO₃为银源，通过软化学法合成了一维的AgVO₃纳米线；

（2）以AgVO₃纳米线为正极材料组装锌离子电池，并进行电化学性能测试，获得了比较优异的性能。在100 mA/g的电流密度下，测得该锌离子电池的比容量为270 mAh/g；进行100圈循环后，电池容量损失为57 %；进行300圈循环后，电池容量损失为59 %，在100~300圈的循环中，容量损失仅有2 %，在这200圈的循环中，该锌离子电池保持了不错的稳定性。

关键字：AgVO₃纳米线、正极材料、水性锌离子电池

Abstract

With the widespread use of Lithium-Ion batteries, problems such as safety issues and expensive prices have begun to emerge. As a new type of energy storage device, Zinc-Ion batteries, especially aqueous Zinc-Ion batteries, have attracted researchers' attention because of their low cost and high safety. AgVO₃ materials are widely used in chemical storage batteries such as Zinc-Ion batteries, Lithium-Ion batteries and Sodium-Ion batteries due to their good cycle stability, high conductivity and low synthesis cost. Due to its unique structure, AgVO₃ nanowires are especially attracted by researchers. In this thesis, one-dimensional AgVO₃ nanowires are synthesized by soft chemical method and used in aqueous Zinc-Ion battery cathode materials. The following research results are obtained:

(1) One-dimensional AgVO₃ nanowires were synthesized by soft chemical method using V₂O₅ as vanadium source and AgNO₃ silver source;

(2) The Zinc-Ion battery was assembled with AgVO₃ nanowires as the positive electrode material, and the electrochemical performance test was carried out to obtain superior performance. At a current density of 100 mA/g, the specific capacity of the Zinc-Ion battery was measured to be 270 mAh/g; after 100 cycles, the battery capacity loss was 57%; after 300 cycles, the battery capacity loss was 59%. In the cycle of 100~300 cycles, the capacity loss is only 2%. In the cycle of 200 cycles, the Zinc-Ion battery maintains good stability.

Key Words: AgVO₃ Nanowires, Cathodes, Aqueous Zinc-Ion Batteries,

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 锌离子电池概述 1

1.2.1 锌离子电池工作机理 1

1.2.2 锌离子电池优缺点 2

1.3 AgVO₃纳米线正极材料概述 2

1.3.1 锌离子电池正极材料研究现状 3

1.3.2 AgVO₃纳米线正极材料 4

1.4 锌离子电池国内外研究现状 4

1.4.1 锌离子电池负极材料研究现状 5

1.4.2 锌离子电池电解液研究现状 5

1.5 研究背景意义及内容 6

第2章 AgVO₃纳米线的制备及表征 8

2.1 实验仪器和实验药品 8

2.1.1 实验药品 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 实验部分 8

2.2.1 前驱体的合成 9

2.2.2 AgVO₃纳米线的合成 9

2.3 材料表征 9

2.3.1 X射线衍射分析 9

2.3.2 扫描电镜测试 10

第3章 AgVO₃纳米线电化学性能 12

3.1 锌离子电池的组装 12

3.2 电化学性能 12

第4章 结论与展望 14

4.1 结论 14

4.2 展望 14

参考文献 15

致谢 17

绪论

引言

锂离子电池自1992年索尼公司商业化以来，经过近30年的发展，已经具有了极为广泛的应用范围，其便携性、高容量等特点更是受到人们的喜爱。但是锂离子电池电解液常为有毒且易燃烧的有机溶剂；在锂离子电池的密闭空间中，极易发生爆炸，因此其安全性已经受到人们的质疑。尤其是2016年三星Note 7因其锂离子电池设计问题而产生的大规模爆炸事件，更是使这种质疑达到了顶峰。一种更加安全可靠的电池就更加受到人们的期待。水系锌离子电池就满足这些条件，对其研究和开发也提上了日程。

锌离子电池尤其是水性锌离子电池这一概念一经提出就受到了广泛的关注，其低成本、低污染的特性可以作为锂离子电池的替代者。当然，由于锌离子电池的研究才刚刚开始，其电池容量、循环寿命等电化学性能还有待提高。本文就将对以AgVO₃纳米线为正极材料的水性锌离子电池展开研究。

锌离子电池概述

本文所研究的锌离子电池是一种二次储能化学电池，基本上是以金属锌为主体构建的二次电池。一般来讲锌离子电池的负极为金属锌或其衍生物，电解液多为ZnSO₄溶液，正极材料则具有较多的选择。锌离子电池相对于锂离子电池，属于一种新型的、还未大规模应用的新型电池。

锌离子电池工作机理

对于锌离子电池的工作原理，仍是一个比较有争议的话题。目前已发表的文章中，锌离子电池的储能机理有三种^[1]：

1. Zn² 嵌入/脱嵌机制（这与锂离子电池的机理有些相似）；
2. 化学转化反应；
3. H / Zn² 嵌入/脱嵌机制。

下面对这三种机理进行简单介绍。首先是Zn² 嵌入/脱嵌机制，这种机制因为与锂离子电池的工作机理类似，因此研究的比较透彻。充电时，Zn² 离开正极材料，经过电解液嵌入到负极；放电时，Zn² 脱嵌离开负极，经过电解液，再次回到正极材料。在这一过程中，正极材料就决定着工作效率。正极材料对Zn² 的接纳程度、其孔隙大小、分子层间距等都会影响其反应效率。