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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

在二次电池中, 主要以无水有机溶液为电解液, 具有较宽的电位窗口, 通常能够实现较高的能量密度。并且在不破坏电极材料晶体结构的情况下, 离子能够在电极活性材料中进行可逆的脱嵌。因此, 锂离子电池和钠离子电池比铅酸电池和镍氢电池的循环性能更好。但是, 有机溶剂通常有毒且易燃, 因 此在使用过程中, 电池存在很大的安全问题。电池必须在无水环境中制作的苛刻条件使其生产成本增高, 这些因素限制了其在大型储能领域的应用。用水系电解液代替有机电解液的电池体系, 有望进一步降 低电池生产成本, 提高安全性。

水系电解液的离子电导率比有机电解液高2个数量级, 因而水系电池通常且有更高的功率密度, 且易制取和成本低。目前研究的水系锂离子电池, 质子在电解液中能够稳定存在的电位窗口较窄, 充放电过程中有很多的副反应, 如质子和离子的共嵌入反应等, 且电极材料在水中易溶解, 金属锂的 资源有限, 价格昂贵, 这些因素限制了水系锂离子 电池的发展。锌具有低平衡电位和氢反应的高过电位, 是可以从水溶液中高效还原的所有元素中标 准电位低的元素。在水溶液里能够稳定的金属元 素中, 锌的能量也是高的。同时, 金属锌具有资源 丰富、低毒性以及易处理等优点。因此价格低廉、安全性高、无环境污染和高功率的二次锌离子水系电池是理想的绿色电池体系。

国内外研究现状

锌基电池主要应用在一次电池领域, 使用后存在回收处理等问题, 这造成了很大的资源浪费和环境污染。如果能将这种用量巨大的一次电池变为能 够产业化的二次电池, 锌基电池产业将更加符合当前的能源高效利用和环境保护政策。

2. 研究的基本内容

采用各种方法如水热法等制备ε-MnO₂、β-MnO₂、γ-MnO₂等晶型的二氧化锰材料，并对其进行晶格测试、形貌测试、XRD衍射、扫描电镜等进行物化表征，确定其形貌结构，并通过组装电池进行电化学表征，通过一系列测试如循环伏安、充放电性能测试等，确定电化学性能，制作充放电比容量更大、电化学性能更好的电池。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1. 采用水热法、微乳法和前驱体法制备β、γ、ε-MnO₂
2. 将制得的二氧化锰与ACB、PVDF在NMP溶液中混合均匀并涂膜制得正极极片
3. 将正极极片装进电池并测试电化学性能

4. 参考文献