NiMn2O4微球作为水系锌离子电池的高效正极材料

《Advanced Materials Technologies》：NiMn2O4 Microsphere as an Efficient Cathode for Aqueous Zinc-Ion Batteries

NiMn2O4微球复合材料通过水热法与煅烧法制备，作为高容量水系锌离子电池正极材料，1C初始放电容量达146.4 mAh/g，6C时108.1 mAh/g，550次循环后容量保持率84.5%，并展现出优异的长循环稳定性（2050次循环后88.5%）。研究揭示了H+与Zn2+共插入的双阶段机制，CV和GITT分析证实混合电容-扩散储能特性，同时自放电测试显示50天电压保持率95.5%。

　　

摘要

通过简单的两步工艺制备了微球状的混合价态尖晶石型NiMn₂O₄正极材料：首先进行水热处理，随后进行煅烧。该材料被用作水系锌离子电池（ZIB）的高性能正极。在1 C和6 C的电流下，Zn//NiMn₂O₄电池的初始放电容量分别为146.4 mAh·g^?1和108.1 mAh·g^?1（1 C = 115 mA·g^?1）。经过550次恒电流充放电（GCD）循环后，电池在1 C、2 C、4 C和6 C电流下的容量保持率分别为95.8%、86.1%、85.3%和84.5%，表现出优异的循环稳定性。在1 C电流下长期循环2050次后，电池容量保持率为88.5%，同时库仑效率也保持稳定。通过GCD、循环伏安法（CV）和恒电流间歇滴定法（GITT）分析，发现该材料的离子嵌入机制包括H⁺和Zn²⁺的共同嵌入。CV和GITT结果显示Zn//NiMn₂O₄中H⁺的扩散系数较高，且H⁺的扩散过程起主导作用；扫描速率依赖的CV实验进一步证实了其电容-扩散耦合的充电机制。自放电测试表明，50天后电池的开路电压保持率为95.5%，显示出Zn//NiMn₂O₄电池具有较长的储存寿命。这些研究结果表明，尖晶石型NiMn₂O₄作为无钴的高性能正极材料，具有应用于下一代水系锌离子电池的巨大潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。