【摘 要】
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钠离子电池以其钠得天独厚的性质和环境友好性,在所有类型的可再生能源中大放异彩,尤其是大型电能储存应用,如动力汽车与电网储存。不幸的是,由于Na+半径大,其电化学动力学缓慢,电极体积膨胀严重,进而容量快速衰减。金属及合金负极由于具有较高的理论比容量、较低的嵌钠电位以及繁多的合金种类等特性,得到科研人员的青睐,但合金负极的劣势在于体积膨胀严重,这影响了合金负极的应用。因此,针对上述问题,本文致力于提高
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钠离子电池以其钠得天独厚的性质和环境友好性,在所有类型的可再生能源中大放异彩,尤其是大型电能储存应用,如动力汽车与电网储存。不幸的是,由于Na+半径大,其电化学动力学缓慢,电极体积膨胀严重,进而容量快速衰减。金属及合金负极由于具有较高的理论比容量、较低的嵌钠电位以及繁多的合金种类等特性,得到科研人员的青睐,但合金负极的劣势在于体积膨胀严重,这影响了合金负极的应用。因此,针对上述问题,本文致力于提高金属及合金负极中铋基负极的循环稳定性和倍率性能,设计合成了一系列优异的铋基负极/碳复合材料。具体研究内容如下:在第二章中,我们使用硝酸铋和六亚甲基四胺为原料,通过一步真空抽滤法形成Bi-HMT前驱物,然后进行常规的热处理设计合成了碳层保护的Bi纳米颗粒锚定在氮掺杂的碳微泡沫的复合微纳材料（表示为Bi@NC-MF）。得益于稳定的微泡沫碳骨架以及碳层保护的高稳定活性的Bi纳米颗粒,这种复合微纳材料的性能十分卓越。具体来说,在1 A g-1下,容量可达384 mAh g-1/300圈。此外复合材料的倍率和长循环性能夺人眼球,在40 A g-1下,容量为322 mA h g-1,且在10.0 A g-1下容量保持率仍可高达98%/2000圈。在第三章中,我们使用硝酸铋、结晶四氯化锡和均苯三甲酸为原料,通过一步水热法构建BiSn-MOF,形成独特的扫帚状形貌,再通过常规的热处理合成铋锡异质结/碳扫帚状复合微纳材料（表示为Bi/Sn@C）。得益于碳层保护的铋锡颗粒的协同作用并且锚定在碳基质上,这种复合微纳材料比单金属铋的性能更加优异。具体来讲,在1 Ag-1下,容量可达427 mAh g-1/100圈。更加引人注目的是,在5.0A g-1下,容量保持率可达95.5%/1200圈,在40A g-1的大倍率下容量为333 mAh g-1。
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