摘要
钠金属电池因金属钠丰富的储备、低廉的价格、高理论能量密度（1165mAh g?1）、低电化学电势（?2.714V）与金属锂相近的物理化学性质等特点，成为替代锂金属电池的有力候选者。然而，金属钠负极的开发和应用面临着巨大的挑战。一方面，钠离子在钠金属表面的不均匀沉积极易产生钠枝晶，导致较差的循环稳定性和库伦效率；另一方面，基底材料与钠的较差的亲和性严重阻碍了钠金属负极稳定沉积的实现。 本论文基于多壁碳纳米管材料的三维（3D）网络结构，通过改变含氧官能团的含量和改变氟化处理温度制备了具有亲钠性含氧官能团的酸化多壁碳纳米管材料（O-CNTs）和具有较大碳管层间距的氟化多壁碳纳米管（F-CNTs），以此来提升金属钠的沉积量和沉积稳定性，并且为制备高性能钠金属负极材料提供更多的新思路。同时对其在钠金属电池中的电化学性能展开了系统的研究。具体研究成果如下： （1）通过冷凝回流法制备出亲钠性O-CNTs。制备的O-CNTs具有均匀分布的3D网络结构，在不改变本身优越性能的同时解决了其严重的疏水性和团聚性问题，增加了碳管中介孔的数量，从而能很好的调节金属钠（Na）初始沉积镀层并引导后续沉积行为，为金属Na的沉积提供一个非常优越的3D网络结构。该活性材料在电流密度为0.5mA cm-2时，能以平均99.5％的库仑效率维持1600圈，并在1900圈左右仍然有99％的库仑效率。组装的对称电池可在15-20mV的过电势范围内稳定循环820小时。 （2）通过高温处理得到的F-CNTs，增加了多壁碳管之间的层间距离。能让金属Na在较大的沉积电流密度下更灵活、自由的沉积脱出，另外通过调节氟化温度来揭示不同温度下处理后的多壁碳管拥有不同的性能。该活性材料用作负极来沉积金属Na时能够达到6mAhcm-2的电荷沉积量，并且在电流密度为0.5mA cm-2时能以99％的效率维持长达1500圈。增大电流密度至1mAcm-2时，长循环寿命也能维持到800圈左右（平均效率为99％），与O-CNTs相比，F-CNTs在较大电流密度3mAcm-2下，具有400圈的高稳定性，表明F-CNTs与Na具有更强的亲和力，在沉积电流密度增加的情况下仍然具有很好的稳定性。这种具有简单工艺的F-CNTs作为钠金属电池负极材料具有非常好的发展前景。
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