柔性电池为新型柔性电子设备的诞生和发展提供了重要的技术支撑,同时也触发了新形态电子设备的产生,使人们的日常工作和生活进入了全新的数字时代。如可折叠、可卷曲、柔性显示器改变了现有图片和影视的呈现形式,使手机、电视等消费电子产品的形态更新颖、轻便。柔性钠离子电池具有成本低廉、原料储量丰富、与柔性锂离子电池相近的反应电势和较宽的工作温度等特点,已成为了目前柔性储能领域研究的热点,有望在柔性电子器件、可植入式医疗设备等领域得到广泛应用。然而,钠离子半径比锂离子半径大,在电池充放电过程中其离子迁移速率和化学反应动力均比锂离子弱,并且在充放电过程中钠离子电池负极材料的体积变化巨大容易导致电极粉化。所以目前柔性钠离子电池的倍率性能(快速充放电性能)和长循环寿命与传统锂离子电池相比仍有较大差距。此外,柔性电池通常用于与人体密切接触的便携式设备上,如柔性手机、柔性手表、可植入式医疗器件等,一旦柔性钠离子电池发生漏液、热失控、着火等事故则会对人体造成不可估量的危害,因此柔性钠离子电池的安全性要求更高。如何增强柔性钠离子电池负极材料的快速充放电能力(倍率性能)并提高负极材料在大倍率电流下的长循环寿命,同时在保证电池负极材料电化学性能和机械性能不下降的前提下实现柔性钠离子电池的高安全性,是获得高性能柔性钠离子电池的关键。因此,发展适用于制备高性能柔性钠离子电池负极材料的方法并提高电池火灾安全性至关重要。本论文选用过渡金属硫属化物(二硫化钴)作为钠离子电池负极材料的活性物质,首先基于赝电容的快速离子迁移的特点,设计了具有高赝电容特征的钠离子电池,并通过碳包覆多面体设计得到了具有高倍率性能和长循环寿命的钠离子电池柔性负极材料。然后进一步提出柔性一体化设计思路,以多通道碳纳米纤维为导电基体并在其表面原位构筑双形貌二硫化钴纳米结构,采用优化的液相自组装方法得到了自支撑柔性钠离子电池负极材料。柔性一体化电极设计方法避免了粘接剂和导电添加剂的使用,降低了电极材料内部电阻以及制备成本,并保持了电极材料优异的倍率和长循环性能。最后,利用同步辐射SVUV-PIMS谱学技术,研究了柔性负极材料中过渡金属硫化物对钠离子电池醚基电解液和碳酸酯类电解液的催化热解机理及热危害。针对该问题提出并设计了不燃型高盐浓度电解液,在保证钠离子电池性能的前提下得到了高安全性的柔性钠离子电池不燃电解液,改善了电池的安全性能,获得了钠离子电池安全性优化设计方法。主要研究工作如下:(1)具有膺电容行为的多面体碳包覆CoS2柔性负极。研究表明具有赝电容行为的负极可以实现电荷在负极内迅速可逆转移,从而增强负极的倍率性能。因此采用溶剂热法,设计并制备了同时具有赝电容储钠和脱嵌储钠机制的多面体碳包覆CoS2负极材料(NCP-CoS2),采用涂覆法将活性材料涂覆于柔性碳布层间,得到柔性钠离子电池负极材料NCP-CoS2@CC。该柔性负极的赝电容贡献随着放电电流密度增大而增强,在1A/g的大电流密度下连续充放电循环1000次后,柔性负极材料的比容量相对于峰值容量衰减仅为0.021%/cycle,并且能够实现10 A/g超大电流密度充放电循环,一次充放电时间仅为2.7 min。(2)柔性一体化双形貌CoS2/中空碳纳米纤维柔性负极。为了进一步提高柔性钠离子电池的倍率性能和循环寿命,提出了直接将CoS2原位生长在柔性碳基体上来制备柔性一体化CoS2负极(DM-CoS2@MCNFs)的思路。一方面,一体化电极设计无需传统的粘接剂、集流体等,大大减少了界面阻抗和非活性物质比例,有助于改善电池的倍率性能和能量密度。另一方面,设计并制备了中空多通道结构的碳纳米纤维柔性基底替代传统的实心碳纤维基底,并将CoS2双形貌化分别原位生长在碳纤维的中空孔道内和外表面,从而提高了柔性电极内部活性物质负载量并增强了活性物质与导电网络的接触,进一步改善了弯折条件下柔性负极材料的充放电稳定性。(3)CoS2柔性负极对电解液的催化热分解研究。利用同步辐射SVUV-PIMS谱学技术和DFT模拟计算,研究了 CoS2负极对电解液的催化热解作用。发现在负极参与下,DEGDME热分解过程中会产生一部分O·自由基,该自由基大部分会与环境中的H·自由基发生电子配对生成H2O。但是也有一定的概率自身结合生成微量的O2,从而增大了电池热危害。进一步研究分析了 CoS2负极对电解液的催化热分解的产物及其随温度变化,得到了热分解失控临界温度,详细分析了催化热分解机理。(4)柔性CoS2钠离子电池安全性优化。为了提高柔性钠离子电池的安全性,减少CoS2负极催化分解电解液带来的危害。基于高盐浓度电解液的设计理念,制备了一种不燃安全型钠离子电池电解液,采用闪点测试、自熄灭时间测定、TGA分析以及点燃实验证实了该电解液自身不燃的高安全特性。同时利用电化学性能测试方法,考察了该电解液在钠离子电池中的性能表现,发现柔性钠离子电池保持了较高的倍率性能和长循环充放电稳定性,实现了柔性钠离子电池优异电化学性能与高安全性的有机结合。