聚吡咯@二氧化锰/碳纳米管薄膜电极的制备及在高性能锌离子电池中的应用

沈晓帆，王晓娜，俞能晟，杨薇，周雨融，石艳红，王玉莲,3，董立忠,3，邸江涛 ,3,＊，李清文 ,3,＊

1中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，先进材料部，中国科学院多功能材料与轻巧系统重点实验室，江苏 苏州 215123

2中国科学技术大学纳米科学技术学院，江苏 苏州 215123

3中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院，合肥 230026

1 引言

锂离子电池具有较高的能量密度和宽的电位窗口，被广泛应用于便携式可穿戴设备中1,2。然而，有机电解质体系通常有毒且易燃，存在严重的安全隐患。同时，锂离子电池的物料成本高，组装工艺复杂等问题带来的挑战也不容忽视。因此亟待研发一款安全、低成本、高性能的储能器件来满足柔性可穿戴设备的使用需求3。

近些年，锌离子电池(ZIBs)的研究越来越受到科学界的关注。相对于锂电池、钠电池等有机体系电池，锌离子电池使用水系电解质，可以避免电池自燃、爆炸等安全性问题4,5。此外，金属锌还具有体积容量高(5851 mAh·mL-1)，还原电位低(-0.76 Vvs.SHE)，价格低廉(约为金属锂的八分之一)6等优点。因此，水系锌离子电池具备广泛的应用前景。

锌离子电池的正极材料主要包括锰基材料7-9、钒基材料10-12、普鲁士蓝13,14和聚阴离子化合物15等。其中二氧化锰具备比容量高、价格低廉和易于加工等特性，是锌离子电池中少数具有大规模生产潜力的正极材料16-18。然而，二氧化锰存在导电性差，且在充放电过程中有着不可逆溶解等问题，从而影响电池的倍率性能和循环稳定性19。为了提高二氧化锰的导电性，人们设计了纳米结构的二氧化锰，并与轻质高导电的碳材料进行复合20。……