由锰氧化物正极、锌负极和金属锌盐电解液组成的锌离子电池（ZIBs），具有安全性高、成本低、能量密度高和环境友好等优势。从电化学角度来讲，其高密度储能能力源于其较高的工作电压（~1.35V）和电极电荷存储容量（理论容量：Zn=819mAh g-1，MnOx>300mAh g-1）。由于具有诸多优点，锌离子电池有希望应用于大规模储能领域。然而，锰氧化物正极的导电性差（10-5-10-6S cm-1）和结构稳定性差，锌负极存在锌枝晶生长和析氢腐蚀等问题，均严重影响了电池的性能。其中，在电化学循环中存在锰溶解流失以及相转变引起的体积变化严重影响了锰氧化物正极材料的结构稳定性。为解决这些问题，本文开展了对锰氧化物正极材料进行金属元素掺杂以及碳材料复合改性的研究，通过晶格调控和提升材料导电性两个维度探索提升锰氧化物正极材料电化学性能的机理与方法。本论文的主要内容有：
　　（1）通过简便水热合成方法制备了Al掺杂MnO2电极材料。XRD、EDS、和XPS测试结果表明，Al元素以Al3+的形式掺杂进MnO2的晶格之中。研究表明Al掺杂促使MnO2从β相转变为孔道结构更大的α相，并提升了MnO2晶格中结晶水的含量。另外，Al掺杂使得MnO2形貌从微米棒状转变为比表面积更大且具有大量介孔的纳米颗粒状。其中，晶格中孔道尺寸与高结晶水含量的增加可以降低离子迁移能垒，颗粒尺寸减小可以减小电化学反应时的离子迁移距离，而高表面积能提供大量氧化还原反应活性位点，大量介孔结构可以促进电解液向电极材料中快速渗透，这些均会协同提升材料的电化学性能。此外，Al还会增强Mn-O键，还有助于提升MnO2晶格的结构稳定性。与未掺杂MnO2电极相比，Al掺杂MnO2电极展现出更加出色的循环稳定性。在1A g-1电流密度下500圈循环后，Al掺杂MnO2电极的剩余容量为150.1mAh g-1，容量保持率高达88.8%。而纯相MnO2电极的剩余容量为97.8mAh g-1，容量保持率仅为46.5%。
　　（2）通过水热法成功合成了Ni掺杂MnO2正极材料。通过XRD和EDS等表征分析发现，Ni元素成功掺杂进MnO2结构之中，并且在引入Ni元素后MnO2产物可发生相转变，由层状结构的δ-MnO2转变为（2×2）隧道结构的α-MnO2。另外，在掺杂Ni元素后，MnO2颗粒变小，颗粒尺寸降低可以减小电化学反应时的离子迁移距离。与未掺杂MnO2电极相比，Ni掺杂MnO2电极展现出更加出色的循环稳定性。在电流密度为200mA g-1时，Ni掺杂MnO2电极的放电比容量可达到258.5mAh g-1，循环100次后,Ni掺杂MnO2电极提供了一个较纯相MnO2电极更高的剩余容量（197.9Vs.136.7mAh g-1）。这是因为Ni元素掺入MnO2晶体中，使得MnO2结构更加稳定，从而改善了MnO2的循环稳定性。
　　（3）以六水硝酸钴和二甲基咪唑为原料采用溶液法制备出ZIF-67。然后通过碳化ZIF-67得到三维碳材料（3D-C）。最后利用三维碳作为基底，采用溶剂热法成功合成了一种新型的Mn3O4/3D-C复合电极材料。研究结果表明，Mn3O4纳米粒子均匀粘附在3D-C导电基底表面。电化学测试结果表明，与三维纳米碳复合之后，Mn3O4的导电性得到极大地提升，所以Mn3O4/3D-C电极展现出良好的倍率性能。另外，Mn3O4/3D-C电极的循环稳定性较纯相Mn3O4电极更出色。Mn3O4/3D-C电极在200mA g-1下展现出218.8mAh g-1的高可逆比容量，循环200次后，可逆容量仍然保持在194.4mAh g-1。而纯相Mn3O4电极在经过200圈循环后剩余容量仅为97mAh g-1。