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钠超离子导体(NASICON)类电极材料具有合适的工作电压、较高的能量密度和稳定的结构等优点,因此这类电极材料受到研究者们广泛关注。另外,这类电极材料结构中存在三维开放钠离子快速传输通道,从而其具有较高的钠离子扩散系数。因此,NASICON类电极材料被认为是最具有发展潜力的钠离子电池电极材料。然而,这类活性材料具有较低的本质电子电导率,导致这类电极材料在电化学测试中表现出很差的倍率性能。本论文主要通过从合理的结构设计和表面碳包覆两方面相结合来改善NASICON类电极材料的电化学性能。本论文主要研究内容如下:第一章主要是介绍钠离子的组成、工作原理以及目前常见钠离子电池正负极材料以及电化学性能的改善方法。最后,系统介绍了本论文的选题背景。第二章主要是介绍实验过程中使用到的实验药品和测试仪器。并且详细的介绍了电极材料形貌与结构的表征手段、钠离子电池的制作过程、电化学性能测试内容以及测试方法。第三章主要介绍通过合理结构设计成功制备出嵌入在有序介孔碳基体中碳包覆的Na3V2(PO4)3纳米颗粒复合电极材料(NVP@C@CMK-3)。在电化学测试中,NVP@C@CMK-3表现出优异的倍率性能和循环稳定性(在5 C电流密度下,循环2000圈后,其放电比容量为78 mAhg-1)。优异的电化学性能归因于双层碳包覆结构设计所具有居多的优点:电子电导率高、电子/离子扩散路径缩短和结构更加稳定。第四章主要介绍Na3V2(PO4)3/C纳米线(NVP@C-CNW)复合电极材料的制备过程以及电化学性能研究。利用碳纳米线基体有利于电子/离子更加快速的传输到NVP颗粒和缓解电极材料在充放电过程中所带来的体积膨胀。另外,多孔结构有利于电解液的充分浸润从而进一步促进钠离子的快速传输。当测试其电化学性能时,NVP@C-CNW表现出优异的倍率性能和超长的循环稳定性。第五章主要介绍我们通过简易的实验方法制备得到嵌入到氮硫异类杂原子共掺杂多孔碳基体的Na3V2(PO4)3复合电极材料(NVP@3D-NSC)。这种独特结构一方面通过减小NVP颗粒尺寸缩短电子/离子的传输距离;另一方面通过氮硫共掺杂不仅提高电子电导率而且还引入大量缺陷和活性位点进一步提升钠离子的扩散速率。从而,在电化学测试中,NVP@3D-NSC表现出优异的倍率性能(在80C电流密度下,放电比容量为54 mAhg-1)和超长循环寿命(在20C电流密度下,循环6000圈后,可逆比容量为75 mAhg-1)。第六章主要介绍B,N共掺杂碳包覆的花瓣状Na3V2(PO4)3的合成过程、形貌与结构表征和电化学性能研究。通过从合理的结构设计和电极材料表面修饰手段两方面相结合已达到提高NVP电极材料的电化学性能的目的。一方面,纳米片组成的花瓣状结构能够为电化学反应提供更大地接触面积和缩短钠离子/电子的传输距离。另一方面,表面碳包覆结构有利于提高复合电极材料的电子电导率。另外,杂原子掺杂能够进一步提高复合电极材料的电子电导率和钠离子扩散系数速率。从而,当作为钠离子电池正极材料在100 C电流密度下循环2000圈后,NVP@C-BN的放电比容量为仍可以保持为79 mAhg-1,并且整个循环过程中库伦效率基本上都是保持在100%。第七章主要介绍氮硫共掺杂三维石墨烯/Na3V2(P04)3复合电极材料的制备以及电化学性能研究。通过引入氮硫共掺杂石墨烯不仅能够显著提高复合电极材料的电子电导率和钠离子扩散速率,而且多孔结构有利于缓解电极材料在电化学过程中的体积膨胀。因此,当NVP@C@3DPGFs-NS分别作为正和负极材料测试时均表现出优异的电化学性能(作为正极材料测试时,在200 C电流密度下,放电比容量为80mAhg-1;作为负极材料测试时,在100C电流密度下,放电比容量为32mAhg-1)。即使在组装成对称电池进行测试时,其也表现出优异的循环稳定性(在20 C电流密度下循环600圈后,放电比容量为69 mAhg-1)。第八章主要介绍分级碳包覆NaTi2(PO4)3(NTP@C@PC)的结构设计和电化学性能研究。一方面,利用核-壳结构(NTP@C)能够抑制纳米颗粒在热处理过程中团聚和长大,从而可以得到缩短电子/离子的传输路径纳米尺寸NTP颗粒。另一方面,利用高电导率的多孔碳基体具有较大的比表面积和孔体积来缓解电极材料的体积膨胀和提高电子/离子的扩散速率。从而在电化学测试时,NTP@C@PC在5 C电流密度下循环5000圈后仍保持103 mAhg-1和在50 C电流密度下放电比容量高达64 mAhg-1。第九章主要介绍碳包覆的NaTi2(PO4)3纳米颗粒复合电极材料(NTP/C)的制备过程和电化学性能研究。主要是通过活性电极材料颗粒纳米化(缩短电子和离子的传输距离)和颗粒表面碳包覆结构(提高电极材料的电子电导率)两个方面相结合来改善电极材料的电化学性能。当在电化学性能测试时,即使在100C(满充或者满放只需要36 s)电流密度下其放电比容量仍可以达到108 mAhg-1。第十章主要介绍本论文的创新点和不足之处以及对未来的一些展望。