近年来随着电动车、智能手机以及大型储能装置的快速发展,对于能源储存的需求越来越大。钠离子电池由于原料来源广泛、成本低廉、安全性好,被认为是最有前途的新一代储能系统。然而,钠离子半径较大,嵌钠动力学缓慢,且原子比较重,和更高的标准电极电位,需要寻找和设计新的高性能的电极材料去提高钠离子电池的质量和体积比容量,这就要求具有高的储钠容量和倍率性能的负极材料。炭材料由于资源丰富、稳定性好、成本低廉常常被用作钠离子电池负极材料。炭材料的储钠方式主要有吸附和嵌入,表面吸附储钠动力学较快,有利于提升快速充放电以及高倍率性能。本论文主要对煤基针状焦进行改性得到了以表面吸附为主储钠的煤基石墨微晶;以煤基石墨微晶为主体活性材料复合纳米导电炭材料得到了高体积比容量、面积比容量的钠离子负极材料,并对其电化学性能和结构进行研究。主要研究结论如下:(1)通过高锰酸钾氧化法对煤基针状焦进行改性处理,得到了扩层的煤基石墨微晶,并对其层间距、化学键、缺陷等进行表征。扩大的层间距(d002=3.79 A)有利于钠离子的脱嵌;石墨微晶颗粒含有丰富的氧官能团(C=O)提供更多的表面储钠位点,有利于钠离子的储存。(2)采用液相沉积制备不同质量比例的煤基石墨微晶/碳纳米管复合材料。沉积在铜箔上的煤基石墨微晶/碳纳米管复合材料可直接作为电极使用。煤基石墨微晶含有C=O提供了储存钠的活性位点,扩层的层间距有利于钠离子的脱嵌,将该无粘结剂复合材料用于钠离子电池负极具有稳定的结构和优异的电化学性能。在电流密度为2 A g-1时,2000次循环后的可逆比容量为167 mAh g-1。由于煤基石墨微晶具有高体积密度(0.9 g cm-3)和低比表面积(7.4 m2 g-1),该复合材料表现出626.6 mAh cm-3高体积比容量。当扫描速率为1.0 mV s-1时的赝电容贡献量为77.1%,表明该电极材料在大电流密度下以表面吸附储钠为主。(3)通过冰模板法制备了不同负载量(5～11 mg cm-2)的三维煤基石墨微晶/多孔氧化石墨烯炭复合物厚电极,大负载量(～10 mg cm-2)有利于得到高面积比容量的电极。利用定向冻干引入多孔氧化石墨烯构建了三维多级微纳离子传输通道,有利于电解液的浸润和离子传输;聚乙烯吡咯烷酮引入氮掺杂贡献了缺陷位点,同时增加了电子导电性;主体活性材料煤基石墨微晶含有的氧官能团提供了活性位点,该自支撑复合炭材料表现出优异的倍率性能和循环性能。当复合物的活性负载量达到11.1 mg cm-2,在0.1 mA cm-2下表现出1.5 mAh cm-2的高面积比容量,经过100圈充放电循环后,仍能获得1.42 mAh cm-2的可逆比容量。通过不同扫速循环伏安测试表明该电极的储钠机制以表面吸附为主。