碳材料基于低成本和环保优势,被认为是极具潜力的钠离子电池负极材料。具有高倍率性能和长循环稳定性的先进碳负极材料的开发,正在加速钠离子电池在储能系统中的应用。与石墨不同,硬碳具有由类似石墨的微晶和无定形区域组成的“卡牌屋”结构。这种结构包含许多活性位点,例如边缘,缺陷和官能团等。硬碳材料的纳米结构调控被认为是用作钠离子电池负极有效的方法。鉴于锂离子电池电极材料的发展,由于在动力学上有利于离子和电子的传输,已经开发了许多微/纳米结构的硬碳材料,例如空心纳米结构的碳材料,多孔碳材料,碳纤维,碳纳米片等。此外,作为通过调整碳的电子和化学性质来增强碳材料的电化学性能的有效方法,还使用异质原子掺杂(氮、磷、硫等)来改善电化学钠存储性能。本文设计了单层和多层的空心碳球结构的硬碳材料,并对其微纳结构进行了调控以改善它们储钠电化学性能。此外,本文最后一部分在钠金属电池负极保护方面做了探索。具体内容如下:1、我们采用硬模板法合成了氮掺杂单层空心碳球(SHCS)。通过调控SiO2模板的尺寸和碳源(DA)的添加量,得到碳层厚度可控、大小均一氮掺杂的空心碳球,并探索不同碳化温度对其结构和电化学性能的影响。通过调控合成步骤中的条件,最终合成的SHCS材料具有不错的长循环稳定性和高的倍率性能。SHCS电极在电流密度为0.6Ag-1下500圈循环容量几乎无衰减,在电流密度为1.2 Ag-1,具有102 mAh g-1的放电容量。2、在SHCS材料调控策略基础上,我们制备出双层介孔空心碳球(DHCS)材料。相较SHCS,DHCS样品具有更高的比表面积和孔体积,而且碳层中含有更多的缺陷。材料结构上的差异影响着电化学性能的表现,与SHCS电极相比,DHCS电极具有出色的倍率性能(10C,113 mA h g-1)和循环稳定性(在0.6 A g-1下1000次循环,143.6 mAh g-1)。此外,本文对DHCS材料的微观结构,电化学性能和钠离子存储机理之间的关系进行了深入地的分析。3、通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在铝箔导电集流体表面上均匀生长阵列石墨烯,改善金属钠沉积界面,从而引导金属钠均匀沉积,抑制钠枝晶的形成。实验表明,在NaPF6液体电解质体系下,阵列石墨烯对集流体的修饰,提高了界面的亲钠性能,从而促进金属钠的均匀沉积,抑制了枝晶的形成。因此提高了金属钠负极的循环稳定性。