石墨烯/钒酸钠复合材料的制备及其用于锌离子电池性能研究文献综述
引言
环境是人类生存和发展的基础，随着环境污染，全球气候变暖，煤、石油等不可再生能源不断消耗，人类社会对于开发新型能源的要求越来越迫切。随着信息化时代的到来，储能器件在当今社会中越来越多的起到了主导作用[1]。
二次锌离子电池是一种环保、廉价、安全的新型电池，在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。然而，由于具有高容量和良好循环性能的正极材料选择有限，它的能量储存机制尚未完善，锌离子电池的研究仍处于起步阶段。目前，关于锌离子电池的正极材料的研究不多。因此，高性能正极材料的选择是实现二次锌离子电池推广应用的技术关键[2]。
锌离子电池概述
锌基电池主要应用在一次电池领域，使用后存在回收处理等问题，这造成了很大的资源浪费和环境污染。如果能将这种用量巨大的一次电池变为能够产业化的二次电池，锌基电池产业将更加符合当前的能源高效利用和环境保护政策。锌基电池是一类应用范围很广的电池体系，主要包括锌锰电池(Zn/MnO2电池)、锌银电池(Zn/AgO电池)、锌镍电池(Zn/NiOOH电池)和锌空气电池(Zn/Air电池)等[3-9]。在20世纪70年代，可充电锌—二氧化锰电池首次投放市场[10-11]，这是一次碱性电池技术上的延伸，但其存在循环寿命短，性能稳定性低，且不能大电流充放电等缺点[12]。因此，进一步提高锌基电池的可充性、循环寿命和大电流放电性能，新型可充电锌离子电池必将拥有巨大的发展潜力。
锌离子电池属于二次锌基电池。文献[13]提出alpha;-MnO2的多价态离子储存理论，将锌电极的应用扩展到中性电解液体系。锌离子电池通常以具有大隧道的alpha;-MnO2为正极，金属锌为负极，含有Zn2 的中性水溶液为电解液。在锌离子电池中，Zn2 可以在金属锌负极的表面快速可逆的沉积和溶解，也可以在alpha;-MnO2隧道中可逆的嵌入或脱出[14]。在电池反应中，正极材料alpha;-MnO2会发生结构变化，转变为尖晶石状的三价锰相(ZnMn2O4)、层状的二价锰相(ZnxMnO2)和隧道型的二价锰相(ZnxMnO2)。在放电完全后，这三种锰相是共存的[15]。由此可见，锌离子电池的本质为Mn4 、Mn3 和Mn2 的相互转换过程，实现化学能与电能转变。锌离子电池的电化学原理如下，充电时，锌离子从正极MnO2隧道结构中脱出，在负极锌的表面沉积；放电时，负极锌失去电子变为锌离子，嵌入到正极MnO2的隧道中。因此可把锌离子电池形象地比喻成“摇椅电池”，锌离子在摇椅的两端，即电池的正负极来回奔跑[16]。
电极反应为:
负极:Znharr;Zn2 2e- (1)
正极:Zn2 2e- 2MnO2harr;ZnMn2O4 (2)
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