Mn0.15V2O5·nH2O鋅離子電池正極材料的層間摻雜策略助力

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大以及循環壽命長等優點，已經被廣泛應用于各種便攜式電子設備以及電動汽車等領域。然而，鋰資源的稀缺性以及成本問題制約了鋰離子電池在大規模儲能系統中的應用。相對于鋰而言，鋅元素在地殼中的分布廣泛、儲量豐富，使得鋅離子電池具有明顯的資源優勢以及價格優勢。然而，帶有多價態電子的鋅離子在正極材料中嵌脫緩慢，動力學性能較差，嚴重影響了電池的比容量、循環穩定性和倍率性能。因此，仍需開發新型高性能正極材料。

圖1. Mn0.15V2O5·nH2O正極材料的結構、形貌以及電化學性能

利用層間錳離子與水分子摻雜來協同提高五氧化二釩正極材料的鋅離子傳輸動力學，并研究了其作為鋅離子電池正極材料的電化學儲鋅性能和機理。結果表明，合成的Mn0.15V2O5·nH2O表現出**的鋅儲存性能，其可逆容量高達367 mAh g-1（0.1 A g-1）。在10和20 A g-1的大電流密度下循環8000圈后，其比容量仍能保持在153和122 mAh g-1。即使在-20 oC的低溫下，電流密度為2.0 A g-1時，循環2000圈，比容量可以穩定在100 mAh g-1。

該材料**的電化學主要歸根于其層間摻雜錳離子與水分子的協同作用，不僅提高了電極材料電子導電性，而且**增強了鋅離子嵌入脫出動力學。并且由于離子柱撐作用以及局域電荷相互作用，該電極材料在循環過程中的結構穩定性得以大幅提升。

該工作借助非原位XRD、TEM等表征技術，對Mn0.15V2O5·nH2O電極材料的物相結構、微觀形貌在充放電過程中的變化進行了深入研究，揭示了其電化學儲鋅機理，為高倍率、長循環性能鋅離子電池正極材料的設計合成提供了依據。

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小編：wyf  04.22