摘要
锂资源稀缺、成本高昂和正极材料理论容量的限制等缺点阻碍了锂离子电池的可持续发展。相较于锂离子电池，钠离子电池具有成本低廉、电化学性能稳定和同锂离子电池相似的工作原理等优点，因而被认为是下一代最具有前景的新型储能器件。但是由于钠离子的半径远大于锂离子，因而其无法嵌入到传统的负极材料之中。寻找合适的负极材料是实现钠离子电池大规模应用的关键。二维过渡金属硫化物凭借其自身独特的物理和化学性质被认为是最有潜力的负极材料之一。ReS2由于具有极弱的层间范德华相互作用，较弱的层间耦合能量和较大的层间距在钠离子电池领域引起了科研人员的广泛关注，然而ReS2导电性差且在电化学反应过程中体积变化巨大，在高电流密度下具有出色稳定性能的ReS2复合材料也鲜有报道。此外，基于醚基电解液下的ReS2复合材料的电化学性能也尚未报道。本文设计了一种具有独特结构的双碳修饰（空心介孔碳球支撑和无定形碳包覆）的HMCS@ReS2@C复合材料作为高性能钠离子电池负极。对其在酯类电解液和醚类电解液中的电化学性能及充放电原理进行深入探究，最终证实其在高电流密度下具有杰出的电化学性能，主要研究内容如下： 1、采用模板刻蚀法制备了空心介孔碳球。采用水热法在空心介孔碳球(HMCS)上生长了ReS2纳米片，得到了HMCS@ReS2。然后，使用葡萄糖覆盖HMCS@ReS2，高温退火使表层的葡萄糖碳化得到双层碳包覆的HMCS@ReS2@C复合材料。HMCS@ReS2@C较大的比表面积(148.3m2g?1)有利于电极与电解液的充分接触。HMCS和表面非晶碳涂层提高了ReS2电导率，HMCS也为ReS2的体积膨胀提供了充足的缓冲空间，同时非晶碳涂层有效缓解了醚类电解液中多硫化钠的穿梭。 2、使用ReS2，HMCS@ReS2和HMCS@ReS2@C分别作为SIBs负极材料，采用金属钠作为对电极组装电池。在酯类电解液体系下，HMCS@ReS2@C电池在0.5Ag?1的电流下经1240次循环后容量为169mAhg?1。另外，HMCS@ReS2@C电池具有更好的循环稳定性，在大电流2Ag?1的高电流下循环3500圈容量保持在102mAhg?1。平均每圈容量衰减率为0.069%。 3、在醚类电解液体系下，HMCS@ReS2@C电池有着更加优秀的倍率性能和大电流循环性能。在5Ag?1的电流下倍率性能为227mAhg?1。此外，在超大电流10Ag?1的电流密度下循环4000圈容量保持依旧保持在136.7mAhg?1,平均每圈容量衰减率仅为0.0015%。并且实验还证明双层碳包覆结构可以有效抑制醚类电解液中多硫化钠的穿梭和铜箔一侧的副反应，从而减少欠压失效的发生。
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