摘要
钠离子电池由于具有能量密度高和钠资源丰富等优点而被认为是锂离子电池最有希望的替代品之一，开发高性能负极材料是实现钠离子电池商业化生产的关键要素。赝电容型电极材料具有功率密度高、循环寿命长等优点，在传统电极材料中引入赝电容储能机制是提高材料电化学性能的有效方法。本研究通过设计电子/离子快速传输通道、纳米化电极材料以及杂原子掺杂的方法可控构建高赝电容贡献的钠离子电池负极材料，为研制新型高性能钠离子电池负极材料提供理论指导。主要研究内容如下： 1.提出了一种新型可量化的多孔碳基材料合成方法，以葡萄糖和硝酸锌为原料结合溶液燃烧法和酸刻蚀等方法，制备出三维多孔氮掺杂碳纳米片材料，其三维多孔的碳交联网络结构极大提高了材料比表面积，为电子和离子的传输提供了便捷的通道，增加了赝电容储钠的反应位点。所制备材料在1Ag-1电流密度下循环2000圈后仍能保持201.2mAhg-1的可逆比容量，容量保持率高达88.9%，甚至在10Ag-1超大电流密度下仍有105mAhg-1的可逆比容量。 2.利用溶液燃烧法制备出纳米氧化锌碳复合模版，再通过三价铁离子浸渍反应结合高温烧结固相硫化等步骤，制备三维多孔氮掺杂碳/二硫化铁复合材料，其中，镶嵌在碳中的纳米尺寸的硫化铁颗粒可以缩短钠离子的扩散路径，并引入大量赝电容储能活性位点。所得材料在1Ag-1电流密度下循环350圈后仍能保持577mAhg-1的可逆比容量，容量保持率高达77.2%。 3.以纳米铝粉为模版，结合硫酸氧钛溶液水解反应和高温气固反应，可成功制备制备氮硫共掺杂二氧化钛空心纳米球材料，纳米结构电极材料中引入氮硫元素的掺杂可以调节局部钠离子扩散的动态过程，实现钠离子在材料近表面非相变的快速脱嵌，提高材料的赝电容储钠贡献率，电极材料在10C电流密度下循环2000圈后仍能保持153.9mAhg-1的可逆比容量。 综上所述，本论文为设计制备高性能赝电容型钠离子电池负极材料提供了新思路。
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