低温水浴法制备钾离子预嵌层状MnO2及其储锌性能

本工作采用低温水浴法一步合成K+预插层δ-MnO2(K-δ-MnO2),并应用于锌离子电池正极.一方面,K+嵌入δ-MnO2层间结构形成层间支柱,加固其层状结构,增强Zn2+在MnO2中的扩散能力,增大了储锌配位活性位点;另一方面,水浴法在MnO2结构中引入结构水,能有效屏蔽MnO2结构对于Zn2+的强静电排斥效应,从而使K-δ-MnO2展现出良好的电化学性能.在0.3 A/g的电流密度下,放电比容量可达401.3 mAh/g;在3 A/g的电流密度下循环1200次后,容量保持率达到83.2％,循环性能优于同等条件下无预插层MnO2(循环1200次后,容量保持率为55.4％).进一步采用非原位XRD研究了K-δ-MnO2充放电过程中电极结构的变化,揭示其储能机理为H+和Zn2+共插层机制.同时,利用碳纳米管(CNT)与K-δ-MnO2复合,两者之间形成络合体,有效提高了导电性,进一步巩固层状结构.该复合材料展示了出色的循环性能,在3 A/g的电流密度下循环1200次后,仍有271.7 mAh/g的比容量,容量保持率高达98.6％.水浴法制备的K-δ-MnO2展现了优秀的电化学性能,且该方法易于工业化生产,在水系锌离子电池正极材料的应用方面具备极大的潜力.