【摘 要】
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锂离子电池（锂电）的高能量密度、长循环寿命加速了其产业化,同时锂盐的匮乏、安全性低等问题也使得锂电的发展到了瓶颈期。钠离子电池（钠电）作为锂电较有前途的替代品迎来了研发热潮,钠源的低成本减小了钠电的造价,较高的氧化还原电势提升了安全性;这都利于将钠电用到规模储能中。然而,钠电由于较高的氧化还原电势而固有的能量密度低,倍率能力差的问题使得钠电很难根本上媲美锂电。同时,钾离子电池（钾电）较低的氧化还原
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锂离子电池（锂电）的高能量密度、长循环寿命加速了其产业化,同时锂盐的匮乏、安全性低等问题也使得锂电的发展到了瓶颈期。钠离子电池（钠电）作为锂电较有前途的替代品迎来了研发热潮,钠源的低成本减小了钠电的造价,较高的氧化还原电势提升了安全性;这都利于将钠电用到规模储能中。然而,钠电由于较高的氧化还原电势而固有的能量密度低,倍率能力差的问题使得钠电很难根本上媲美锂电。同时,钾离子电池（钾电）较低的氧化还原电势,溶剂化后的钾离子半径相比钠离子更小等优点,让钾电有望同时实现低成本,高能量密度和优异倍率性能。但是,由于钠离子较大的半径以及钾离子在电极材料中较慢的扩散动力学,因此研发高性能的钠/钾电负极材料不能完全效仿于锂电,所以,开发成本低廉的高性能钠/钾电负极材料具有重要意义。本论文的主要研究内容如下:（1）使用海藻酸钠和3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐分别作为硬碳和软碳碳源制备硬软碳复合材料。以复合碳材料的储钾性能为指标,先后优化碳化温度和硬软碳复合的比例,最终得到最佳碳化温度为1000℃、硬软碳复合比例为1.5:1。其中,软碳阻塞了硬碳的部分开放孔道,有效提升导电性。通过赝电容和恒电流间歇滴定分析,该比例在大倍率下的赝电容贡献较高,钾离子的扩散系数较高。（2）通过调控NaOH在加入原料中的顺序,利用简易的水热方法分别合成了棒状和颗粒状的Bi2Sn2O7材料,两种材料在钠电中都表现出良好的电化学性能,其中,棒状材料的长循环性能和倍率性能都优于颗粒状的材料。将棒状Bi2Sn2O7与磷酸钒钠组装成钠电全电池,在50m Ag-1的电流密度下可以稳定循环46圈,能量密度高达246 Wh kg-1。（3）通过含磷聚合物辅助调控碳化的方法制备了一种富含氧空位的TiP2O7,避免了使用严苛的还原环境和昂贵的设备。可以通过改变温度调控氧空位含量,氧空位的引入,有效的增加了材料的赝电容贡献,提高了钠/钾离子的扩散系数,还减小了钠离子在材料晶格内的嵌入能垒。该复合材料在钠/钾电中均具有优异的电化学性能。
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