钠/钾离子电池与锂离子电池有着相似的工作原理,但相比于锂资源而言,钠/钾元素在地球上储量丰富且成本低廉,因此开发高性能钠/钾离子电池有望应用于大规模储能领域。开发长寿命高倍率的电极材料对钠/钾离子电池的应用至关重要。然而,由于钠/钾离子较大的离子半径(相比锂离子而言),导致其在电极材料中的扩散更为缓慢,并且其嵌入材料体相会导致材料面临着巨大的体积膨胀,从而最终导致电池容量衰减。因此设计合适的电极材料成为钠/钾离子电池应用的一个挑战。本论文针对几种不同的负极材料,通过理性设计电极材料结构和优化电解液等策略,实现其优异的储钠/钾性能,且深入分析其储钠/钾机理。第1章,首先简要概述了钠/钾离子电池的组成、工作原理和电极材料的研究状况,然后详细介绍了本论文研究的Nb2O5、硬碳和Bi三类材料的研究进展。第2章,介绍了本论文实验过程中使用到的药品及测试表征的设备与方法。第3章,采用静电喷雾沉积(ESD)技术,制备了三维多孔碳基体负载Nb2O5纳米颗粒自支撑电极材料,在10C电流密度下循环7500圈,仍然具有130mAh g-1的储钠比容量,动力学分析揭示了其赝电容特性的快速储钠机制,并通过钠离子全电池的设计验证了其潜在的应用价值。第4章,采用细菌纤维素为前驱体制备了自支撑钠离子电池硬碳负极材料,通过对材料结构的调控和电解液的优化,得到了一种高首次库仑效率(93%)、长寿命(l0 A g-1电流密度下循环10000次容量保持率为70%)的钠离子电池负极材料,并揭示了其溶剂共嵌入的反应机理。第5章,在前一章研究的基础上,将具有更高理论比容量的MoS2纳米颗粒(660 mAh g-1)嵌入多孔碳基体,得到了自支撑MoS2多孔碳纳米纤维复合材料,其在0.1 A g-1的电流密度下具有617 mAh g-1的比容量。第6章,设计了碳包覆的核/壳结构的铋/碳复合材料,通过碳层缓冲体积膨胀和电解液的优化降低反应阻抗的双重策略,同时提高了储钠和储钾性能,实现了在100 Ag-1的电流密度下,其储钠和储钾比容量分别为178和152 mAh g-1。第7章,通过精确计算Bi颗粒与所需空腔体积之间的关系,筛选了具有最合适的空腔体积Bi@空腔@C结构材料,其不但通过空腔体积缓冲合金化过程中的体积膨胀,而且具有最佳的体积能量密度。最优化的空腔体积材料在20 A g-1的大电流密度下循环10000次能够维持198mAh g-1的比容量,并通过原位XRD和原位TEM技术揭示其反应机理,此外理论计算从分子层面揭示了其快速的动力学过程。第8章,对本论文中工作的创新和不足之处进行了概括,并对未来的工作进行了展望。