【摘 要】
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得益于其高能量密度和长循环稳定性,锂离子电池被广泛应用于便携电子设备及电动汽车领域,在全球储能市场中占据了重要一席。然而,伴随着可再生能源的推广,能源存储需求进一步扩大。在规模化应用面前,锂离子电池开始暴露制作成本高昂及能量密度受限的短板,发展更具安全性和经济效益的新型高性能储能装置逐渐凸显出重要性和紧迫性。其中,从降低电池成本的角度出发,可以选择与金属锂相比价格更为低廉的碱金属,例如金属钠、钾等
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得益于其高能量密度和长循环稳定性,锂离子电池被广泛应用于便携电子设备及电动汽车领域,在全球储能市场中占据了重要一席。然而,伴随着可再生能源的推广,能源存储需求进一步扩大。在规模化应用面前,锂离子电池开始暴露制作成本高昂及能量密度受限的短板,发展更具安全性和经济效益的新型高性能储能装置逐渐凸显出重要性和紧迫性。其中,从降低电池成本的角度出发,可以选择与金属锂相比价格更为低廉的碱金属,例如金属钠、钾等;从提升电池安全性的角度出发,可以开发水系电池或全固态电池等体系。基于上述研究思路,本论文针对两类具有低成本和高安全特性的新型电池-钾离子电池和水系锌离子电池,通过液相合成或熔融合成法,对材料结构进行合理设计和精细调控,并制备成电极进行电池的组装和测试,均实现了良好的电化学性能。三项研究工作的基本内容如下:（1）通过简单的溶剂热合成法制备了一种层间距扩大的MoS2/碳纳米管复合物（exp-MoS2）。材料呈现均匀纤维状,碳纳米管既是MoS2纳米片的支撑载体,也对MoS2的成核和生长发挥了诱导作用。通过合理调控反应条件,将外部离子限制在层间,可以显著扩大exp-MoS2纳米结构的层间距,对于降低扩散能垒,实现离子的快速可逆存储具有重要意义。将exp-MoS2用作钾离子电池负极材料时,电池可以在200 mA/g下达到～520 mAh/g的高比容量,也能在1000 mA/g的高倍率下实现稳定循环。（2）为了解决钾离子电池中有机电极材料面临的容量快速衰减问题,设计了两种由酸酐与三聚氰胺发生缩聚反应得到的聚酰亚胺材料（PPI、NPI）。得益于聚合物稳定的共轭结构,电极材料在电解液中的溶解被有效抑制,导电能力也得到了大幅提升。将两种聚合物用作钾离子电池负极材料时,电池均可以实现高容量和稳定的存储性能,而且PPI和NPI也分别在2000 mA/g和3000 mA/g的高倍率下展现了出色的可逆循环能力。此外,PPI和NPI也可以作为钾离子电池的正极材料进行充放电,实现了聚酰亚胺在储钾方面的双重效用。（3）通过溶液法构筑了一种一维链状结构的VS4纳米片,并探究其电化学储锌性能。测试结果表明,当用作正极材料时,VS4可以实现较高的质量比容量（500 mA/g下容量为～107 mAh/g）、突出的倍率性能以及循环稳定性（5 A/g和10 A/g下均能稳定循环1000圈,容量分别为～65 mAh/g和～62 mAh/g）。结合循环后的电极形貌表征,我们推断这种优异的循环性能主要来源于电极材料独特的链状构型及良好的形貌稳定性。
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