摘要
室温钠基电池（钠离子电池、钠/硫电池等）由于具有资源丰富、制备成本低以及类似锂基电池的物理化学性质等优点，在新型储能体系中具有广阔的应用潜力。硫基（硫和金属硫化物）复合材料以其高理论比容量成为钠基电池中备受关注的电极活性材料。然而，该类材料普遍面临循环寿命差的严峻挑战。针对此问题，本论文通过对电极活性材料的组成和结构的优化、调控，有效提升了硫基电极材料的室温储钠循环稳定性。探讨了其电化学反应机制，为室温钠离子电池和钠/硫电池提供了潜在电极材料，并为电极材料的设计优化提供了理论借鉴。具体研究内容包括以下两个方面： （一）采用一步法可控制备微米球形FeS2/S复合电极材料的一步可控制备，无需碳负载和结构调控，该材料作为室温钠硫电池正极表现出高容量、高首效和稳定的循环等优异的电化学性能。微米球形FeS2/S复合电极材料的高的可逆比容量（0.5A g-1，1000周，874mAh g-1，首效87%），以及高倍率放电循环稳定性（2A g-1，400周，710mAh g-1）。得益于FeS2和S两组分的协同作用。FeS2/S微米球具有较低的钠离子扩散势垒、较强的结合能和较高的多硫化钠亲和力，同时FeS2对S的可逆循环具有一定的催化作用，它可以实现FeS2催化多硫化物快速的界面氧化还原动力学，引导多硫化物向Na2S2和Na2S快速可逆转化。此外，通过XPS对电极界面分析探究到循环后的该电极富含NaF的固态电解质界面层有利于钠离子的快速迁移，确保较高的动力学特性。 （二）探索并成功采用一步溶剂热法构筑出硫化铜微米管包覆纳米团簇的管中填充式复合材料（CuS-NTs），无需复杂的碳包覆和负载，该材料即拥有高容量、长周期稳定循环性等优异的储钠性能。电化学测试结果显示，在0.5A g-1电流密度下，CuS-NTs具有82%的首周库伦效率和528mAh g-1的高比容量，1000周的长循环后的容量保持率为98.49%；在2A g-1电流密度下，2300周后循环容量为510mAh g-1。系统的结构及动力学研究表明，所制备的CuS-NTs材料的多级结构可以有效缓解其在脱嵌钠过程中的体积膨胀，以及其本身拥有低的电荷转移能垒，使其在钠离子电池中展示出优异的储钠性能。此外，原位XRD证实：放电截止电压为0.4V时，CuS-NTs的充放电过程中包含多相插层（Na(CuS)4、Na7(Cu6S5)2、Na3(CuS)4）和部分转化机制，插层过程贡献了主要的容量，同时牺牲部分转化反应，改善电极的可逆循环，结果使CuS-NTs电极不仅拥有高的储钠容量，也表现出优异的循环稳定性。
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