摘要
硬炭具有低廉的价格，广泛的前驱体资源，且其无序堆积的石墨微晶结构（具有大的层间距离，丰富的缺陷和纳米孔隙）已经成为钠离子电池最具前景的负极材料。但是，硬炭在商业化应用中仍需要解决三个具有挑战性的问题：容量低、倍率性能差和不足的初始库仑效率（ICE）。 （一）为改善硬炭容量低和倍率差的问题，我们引入溶剂诱导相分离方法制备多通道炭纳米纤维（MFCPs）作为自支撑负极。通过简单地调整可溶聚合物与不溶炭前驱体的质量比，可以精确地设计通道结构，从而影响纳米炭纤维的微观结构。其中，MFCP-5获得了优异的可逆容量和优异的长循环性能，这些受益于活性位点的增加和电极动力学的增强。同时，丰富的超微孔只允许钠离子进入，扩大的层间距使钠离子嵌入更容易，获得了0.1V以下的高平台容量。此外，详细阐述了相关的储钠行为和动力学机制。 （二）为获得兼具高倍率和高ICE的硬炭负极。采用简单的石墨板辅助碳化策略，将可再生滤纸直接转化为一系列自支撑、柔性的微纤维炭纸（MFCPs）作为钠离子电池的实用、无添加剂负极。在醚电解液中，所得MFCPs（碳化温度＞1100℃）的ICE大于95%，是目前硬炭材料的最高值之一。此外，机理分析揭示了MFCPs三阶段储钠行为:吸附、嵌入和孔填充。其中，钠离子在醚电解液中以裸Na+形式嵌入层间，而不是以溶剂化Na+形式嵌入层间，揭示出高的ICE和倍率性能依赖于高有序度的准石墨相结构。 （三）为获得实用型硬炭负极，我们采用合成低分子量酚醛树脂结合喷雾干燥技术批量获得结构均一的酚醛树脂微球前驱体，开发了一系列的酚醛树脂炭微球（PCMs）。原位XRD分析确认PCM-2800在醚电解液的储钠机制为“吸附-共嵌入-孔填充”，共嵌入行为发在斜坡区；PCM-2800在酯电解液的储钠机制为“吸附-嵌入-孔填充”，嵌入行为发在平台区。 （四）为设计具有高平台容量的实用型硬炭，利用戊二醛改性酚醛树脂前驱体，碳化后获得戊二醛改性酚醛树脂炭微球（GPCMs）。在酯电解液中，GPCM-50获得了89.4%的高ICE和278.7mAhg-1的超高平台容量。高ICE和高平台容量的成功归因于开孔结构的减少和闭孔结构的增加，根本原因是由于戊烷基链的易断裂分解，重排时增加了石墨化程度。
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