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水系锌离子电池具有安全性能高、成本低、绿色环保等优势,在未来大规模储能领域中展示出广阔的应用前景。然而,其电池性能尚不能满足实际应用需求。正极材料作为水系锌离子电池的重要组成部分,直接影响电池的整体性能。锰氧化物是一类有前景的正极材料,具有价格低廉、工作电压高、能量密度大等优点,受到研究者的广泛关注。但该类材料存在的主要问题为:导电性较差、Zn2+的扩散动力学缓慢、循环过程中伴随电极材料溶解、不可逆地相转变、严重的体积膨胀和结构坍塌等,这将导致其倍率和循环性能快速衰减。为了解决以上问题,本论文采用缺陷工程、界面改性、阳离子掺杂以及构建复合材料等策略,制备了三种锰氧化物正极材料,并对其电化学性能和反应机理进行探究。主要研究结论如下:1.通过原位自组装的方式合成了含有锰缺陷的Mn3O4纳米粒子（DMO）与碳纳米管（CNTs）复合的正极材料（DMOC）。电化学测试和理论计算研究表明,锰缺陷能够提升材料的导电性,为Zn2+的存储提供更多活性位点,促进电化学反应动力学。同时,CNTs的原位引入有利于暴露出更多的锰缺陷参与电化学反应,提高锰缺陷的利用率。得益于其独特的结构优势,Zn//DMOC电池放电比容量高达420.6 m A h g–1,并且在2.0 A g–1电流密度下循环2800次后,容量保持率高于80%,展示了出色的电池性能。电化学动力学测试和循环过程中的结构与形貌分析表明,DMOC具有快速的Zn2+扩散动力学和出色的结构稳定性。此外,使用DMOC材料组装的软包电池,也展现出良好的柔性和较长的循环寿命。2.利用原位共沉淀和高温煅烧制备了含碳Mn O（MOC）与氮掺杂石墨烯气凝胶（NGA）复合的多孔正极材料（MOC@NGA）。研究结果表明,MOC@NGA结构中丰富的Mn-O-C和Mn-N界面化学键,其能够减小复合材料的界面间隙,并作为高速电子传输公路,加快复合材料的电子转移,降低界面电荷转移电阻,提升Zn2+反应动力学。并且3D多孔NGA的引入增大了材料的比表面积,这有助于缩短离子扩散距离,进而提升电池性能。MOC@NGA正极在电流密度为0.1 A g–1时,放电比容量为270 m A h g-1,能量密度高达370.2 Wh kg-1;并且在1.0 A g-1电流密度时,循环2000次比容量仍能保持151.6 m A h g-1。循环过程中MOC@NGA会部分转化成Mn O2,Zn2+和H+均参与电极反应;界面化学键能够保持稳定,从而提升材料倍率性能和长循环稳定性。此外,利用MOC@NGA电极组装的柔性准固态电池在电流密度为1.0 A g-1时,循环1000次后,其放电比容量仍能达到98.5 m A h g-1。3.通过微波快速加热和高温热解过程制备了Co2+/3+掺杂的中空多孔Mn2O3材料（HP-0.04CMO）。由于适量的Co掺杂和有利的中空多孔结构的协同作用,Zn//HP-0.04CMO电池在电流密度为0.1 A g–1和3.0 A g–1时,放电比容量分别为358.8 m A h g–1和180.5 m A h g–1,表现了良好的倍率性能;而且该电极能够在电流密度为1.0 A g–1时,循环6600次后,放电比容量仍保持在95.6 m A h g–1,优于多数已报道的锰基正极材料;此外,HP-0.04CMO组装的准固态软包电池也表现出良好的电化学性能。反应动力学分析和储能机理探究表明,HP-0.04CMO优异的电化学性能主要是由于掺杂的Co能够提高材料的导电性,并参与氧化还原反应过程,提供额外的放电比容量;同时,掺杂的Co还可作为充电产物Mn O2的“层间支柱”,扩大其层间距,提高Zn2+的扩散动力学;此外,HP-0.04CMO独特的中空多孔结构,既能够缩短离子扩散距离,又能释放Zn2+离子反复脱嵌导致的结构内应力,提高电极的结构稳定性。本论文取得的研究成果为开发高性能的锰基水系锌离子电池正极材料提供了新思路,并加深了对锰基氧化物储能机制的认识和理解。