哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
水系锌离子电池（AqueousZincIonBatteries，AZIBs）以其本征安全性和
低廉的价格受到了很大的关注，在数据中心站点储能、电网规模储能、家用电
器、柔性电子等领域具有广阔的应用前景。但锌负极存在枝晶生长及析氢副反
应问题制约了水系锌离子电池的发展。为了解决这些问题，研究者提出了如电
解液改性、负极表面修饰、三维集流体等方法，但都存在成本高昂、操作复杂、
不适合大规模生产的问题。隔膜作为电池的重要组成部分，通过开发新型隔膜
来均匀锌离子沉积，抑制枝晶生长，实现锌负极稳定可逆的剥离/沉积。
本课题以生物质基绿色可降解材料纤维素纤维作为成膜基底，添加适量甘
油，采用溶胶凝胶法制膜。得到隔膜机械性能得到大幅提升。在纤维素甘油膜
（GLNFC）中掺杂层状材料蒙脱土（Montmorillonite，MMT），以均匀锌离子
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分布，加速离子传输。以MMT@GLNFC作为隔膜，电流密度为1mA/cm，放
电容量为1mAh/cm2下，组装对称电池稳定循环超过500h，120圈平均库伦效
率达到了98.13%。在小电流充放电下更是拥有超过600h的循环寿命。通过水
热法制备正极材料带状VO，组装Zn||VO全电池，1C下全电池初始容量为
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135mAh/g，500圈循环后为91mAh/g，电池容量保持率为68.71%；以活性炭
作为正极，1C下初始容量为64mAh/g，在经过10000圈循环后容量为34
mAh/g，容量保持率为53.13%。
在纤维素甘油膜（GLNFC）中掺杂羧甲基纤维素（CarboxymethylCellulose，
CMC），纤维素纤维与CMC通过氢键作用紧密联结，形成高机械强度的致密透
明薄膜CMC@GLNFC。膜中羧基和Zn2+之间的动态配位，有效地调节了Zn2+
的分子运动及在负极上的分布。具有丰富亲水基团的CMC能够捕获电解液中
的水分子，抑制了析氢副反应的发生。以CMC@GLNFC膜为隔膜的Zn||Zn对
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称电池在1mA/cm，1mAh/cm下稳定循环超过500h，120圈平均库伦效率达
到了98.03%。在小电流充放电下更是拥有850h的循环寿命。1C下，Zn||VO2
全电池初始容量为140mAh/g，1000圈后容量保持率为61.87%；以活性炭作为
正极，1C下初始容量为58mAh/g，经过10000圈循环后容量为38mAh/g，容
量保持率为65.52%，库伦效率几乎一直维持在100%。
关键词：水系锌离子电池；隔膜；纤维素；蒙脱土；羧甲基纤维素
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哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
AqueousZincIonBatteries(AZIBs)havebeenattachedimportancefortheir
intrinsicsafetyandlowcost.Inaddition,inthefieldsofdatacenterstationenergy
storage,gridscaleenergystorage,householdappliances,flexibleelectronics,it
showsawideapplicationprospect.However,thereareseriousdendritegrowthand
si