摘要
受益于全球节能减排的大趋势，锂离子电池 (LIBs) 以其较低的成本以及出色的性能广泛应用于各类电子产品和新能源汽车等新兴市场。但是，人类对于材料供应能否满足电池材料的预期需求也存在担忧。因此，基于低成本和元素储量丰富的钠离子电池 (SIBs)备受关注。LIBs和 SIBs依赖于相同的工作原理，即金属离子和电子可逆地储存在主体结构中。总体而言，SIBs 的发展旨在使用全球储量丰富的元素，如 C、P 、Fe和 Cu，并尽量减少稀有元素的使用。因此，作为 SIBs的负极材料，碳材料以及各类金属磷化物受到广泛研究。 碳纤维（CF）作为当前钠离子电池负极材料的主要研究对象之一，其具有制备工艺简单、成本较低等优势。但其容量小、循环性能差等缺点阻碍了其进一步发展。本文采用化学气相沉积法和磁控溅射技术制备了 Cu/CuO 纳米团簇修饰的碳纤维材料（Cu-CF）。Cu/CuO 纳米团簇的引入扩大了层间距离，产生大量的缺陷，促进了 Na+的嵌入/脱出。制备的 Cu-CF复合材料可作为无粘结剂的钠离子电池负极，在电流密度为 0.1 A/g 时，循环 400 次后，比容量为 300 mAh/g。根据第一性原理计算， Cu/CuO的引入，提升了材料的导电性，增强了对 Na+吸附能力。研究发现，利用磁控溅射法制备的 Cu-CF，集高导电性和较强的 Na+吸附能力于一体，这为提高碳材料的电化学性能提供了新的解决方案。 金属磷化物因其高容量低成本的特点而被认为是钠离子电池负极材料的候选者之一。然而磷化物在储钠过程中会伴随着自身体积的巨大变化。在这项工作中通过高速球磨法在 FeP 中添加 Cu 来调节纳米粉末的微观形貌和结构，从而改善负极的电化学性能。电化学测试表明，Cu 的添加提高了电极的循环稳定性和倍率性能。添加 5% Cu 的 FeP 钠离子负极表现出优异的电化学性能，容量提高了 100%以上，在 50 mA/g 的电流密度下，循环 200 次后容量稳定在 180 mAh/g。电化学性能的改善是由粉末的微观结构变化以及导电性的提高而导致的，在两者的协同作用下，缓解了 FeP 的体积膨胀，提高了电极的电子电导率和电化学可逆性。该方法为下一代金属磷化物负极材料的发展提供了新的思路。
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