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随着人类社会和经济的飞速发展,能源问题日益严重,这主要是源于人类对化石燃料的过度开发和利用。因此,探索绿色新型能源已经成为全球的焦点。目前,最有前景的电化学储能器件之一的二次电池是锂离子、钠离子电池,应用范围广,从便携式消费类电子产品到电动汽车再到可再生能源的大规模存储等。但是锂资源稀少,价格贵,所以探索开发新型的钠离子电池电极材料是目前研究领域的热点。然而与锂离子电池相比,钠离子的半径更大且电位低,所以对电极材料的要求更高,尤其在结构稳定和能量密度两方面。目前,人们所研究的负极材料主要有碳基材料、合金类材料以及过渡金属氧化物等。与其它类型的材料相比,过渡金属氧化物因容量高、安全性好被广泛研究。本文主要围绕钴酸镍微纳材料对其结构的调控以及与多种碳基材料进行复合,以改善其电化学储钠性能,并对其可控构筑结构形貌展开深入研究,详细分析探讨复合体系的电化学改性机理。主要的研究工作包括:(1)采用葡萄糖水热法制备得到的均匀碳球作为模板,成功制备出具有独特形貌的NiCo2O4核壳微纳球结构(NCO-YS),其是由15nm的纳米颗粒组成。用模板法合成的NiCo204微纳球内部存在一个空腔,空腔的外层和内核的直径分别为450nm和200nm,而外层的平均厚度约为100nm。与首次放电比容量仅为597.8mAhg-1的NiCo204纳米颗粒(NCO-NP)相比,NCO-YS负极材料的首次放电比容量高达912mAhg-1,且经过60次循环充放电后,仍然能够将放电比容量维持在342 mAh g-1。这主要是归因于微纳球内部存在的空腔,可以缓解NiCo204充放电过程中的体积效应,同时微纳球是由纳米颗粒组成并且存在空隙可以让电解液渗入结构内部,这可以增大活性材料与电解液之间的接触面积,缩短Na+的扩散路径,有利于改善电极材料的电荷传递过程。(2)采用溶剂热法成功制备了 NiCo204微纳实心球(NCO),并通过水热法将NiCo2O4微纳球分散于石墨烯表层,形成NiCo204与石墨烯复合的NCO-GO负极材料。其中,NiCo204微纳球的颗粒尺寸分布于400-500nm,具有良好的物理化学稳定性,通过SEM可以看到颗粒均匀负载在石墨烯衬底上且不发生颗粒团聚。与未负载石墨烯的纯NiCo2O4微纳球相比,NCO-GO复合材料的电化学性能更佳,首次放电比容量为1281 mAh g-1,对应的库伦效率为70%;经过60次循环后,比容量仍能维持在485 mAhg-1。而NCO负极材料经过同样条件的循环充放电后只有240 mAh g-1的可逆比容量。可见,由于石墨烯优异的导电性以及层状二维材料作为脱嵌钠过程中对应力的缓冲作用,可以很大程度改善电极材料的循环稳定性。同时,NiCo2O4微纳球颗粒尺寸比较小,与电解液接触面积大,缩短了 Na+的传输路径,改善电极材料中的电荷传递过程。(3)通过镁热反应成功制备出多孔g-C3N4二维层状结构(PCN),并通过不同比例的镁粉与g-C3N4反应来调控新型二维材料结构,并分析不同结构的样品对储钠性能的影响。与原始的g-C3N4相比,经过镁热处理后的样品具有较优的电化学性能,尤其是循环性能。其中,以g-C3N4与镁粉反应质量比2:1的样品(PCN2)的电化学性能最优,第一次的放电比容量2095mAh g-1,且450次循环充放电后,放电比容量仍可达到约300 mAh g-1。同时,在倍率性能测试下发现,样品具有优异的倍率保持率。于是通过水热法原位制备了纳米NiCo204与PCN2复合负极材料(NCO-PCN),其中合成的NiCo2O4纳米颗粒直径大约为在20 nm并且具有优异的结晶性和化学稳定性,均匀分布在多孔g-C3N4二维材料表面。在电流密度为500mAg-1下进行循环测试测试,首次比容量高达1611 mAh g-1,而50次充放电循环后还可以维持容量于639 mAh g-1。研究表明,多孔g-C3N4与NiCo204纳米颗粒负载可以很大程度提高活性材料的导电性能,同时由于二维材料的存在可以减少钴酸镍纳米颗粒的团聚现象,有利于Na+传递扩散并且可以提高动力学性能。