摘要
硬碳作为钠离子电池负极材料已受到了广泛关注，但提高硬碳材料的平台容量与初始库伦效率仍是一个巨大的挑战。硬碳的储钠性能与其结构密切相关，在本论文中，合成了三种不同的硬碳材料，分析了内部结构对其储钠性能的影响，并对储钠机理进行了一定的探索。 首先，以间苯二酚与甲醛反应生成的酚醛树脂多孔碳球(PR)为前驱体，使用聚丙烯腈(PAN)为包覆碳源，通过碳包覆来调节材料的比表面积与闭孔量，当包覆的比例为1:1，热解温度为1300℃时，材料1:1-1300的比表面积低至10.76m2/g，经过电化学测试，其首圈库伦效率可达83.69%，可逆比容量为285.5mAhg-1，其中平台容量占比达71%。 在此基础上，通过气相碳包覆的方法来调节多孔碳的孔结构。使用热解后的酚醛树脂多孔碳作为前驱体，将聚丙烯(PP)热解进行碳包覆，通过高品质气相碳层将硬碳表面的开孔转化为闭孔，从而调节硬碳材料的孔结构与比表面积。所合成的HC@3%PP硬碳材料表现出优异的储钠性能，具有309.1mAhg-1的可逆比容量与高达88.72%的初始库伦效率。进一步研究表明，材料电化学性能的提升主要归功于PP包覆减少了表面的缺陷结构，降低了比表面积(4.4 m2/g)并增加了闭孔率。根据测试结果，HC@3%PP的平台容量最高，但非原位XRD的测试中未见有特征峰的偏移，表明平台容量的来源并非是Na+在石墨化层片间的嵌入，而更可能是钠团簇在闭孔中的沉积。 通过蔗糖与PAN混合制备了一种低比表面的硬碳材料，混合比例为2:1时得到的材料比表面积为10.1m2/g，初始库伦效率高达86.61%，在25mA/g的电流密度下可逆比容量为283.3mAhg-1，且循环100圈后仍有82%的容量保持率。 本论文研究工作初步表明，硬碳的多孔结构对其储钠性能有非常重要的影响，采用高品质硬碳对其表面或内部进行改性，可降低其比表面积和缺陷，同时提升闭孔数量，有助于提升硬碳负极的首次库仑效率、动力学性能和储钠容量，进而为高性能储钠硬碳负极的设计和合成提供了一条新的思路。
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