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锂离子电池因其能量密度大、体积小、无记忆效应等优势成为最重要的电化学储能方式,但是随着智能电网时代的到来和发展,锂资源有限,价格昂贵等问题将会导致出现新的能源危机。钠资源丰富,价格低廉,与锂离子电池具有相似工作原理的钠离子电池成为非常有发展前景的备选者。虽然锂离子电池发展成熟,但是由于钠离子半径大于锂离子半径,锂离子电池电极材料并不适合直接应用于钠离子电池,因此亟需开发出价格低廉,性能优异,适合于钠离子电池体系的电极材料,来提高电池性能。在众多的钠离子电池负极材料中,碳材料以其来源广泛,价格低廉,对环境友好等优势引起广泛关注。其中硬碳因嵌钠容量高,循环寿命长成为比较常用的钠离子电池负极材料。为进一步提硬碳的储钠性能,一般通过构建新颖的结构,或者通过杂原子掺杂进行表面修饰。将不同的杂原子(O、N、B、P、S等)引入碳骨架中,改变周围电荷分布及自旋密度,产生缺陷,进而提高储钠性能。本文主要以N/S共掺杂碳材料为中心,通过加入不同的杂原子源和碳源进行制备,并对掺杂后的材料进行相关表征以及探究其作为钠离子电池负极材料的性能。1.基于色散密度泛函理论的第一性原理理论模拟得出N,S共掺杂可以提高材料的自旋密度和电负性,对Na原子的吸附能力和Na+的扩散,而过多的O原子则起到反作用。通过控制碳源和杂原子源的量,得到具有最佳电性能的共掺杂碳材料。当明胶与硫脲的质量比为1:10时,材料展现最优的性能。当电流密度为0.2 A g-1,经过500次循环后,仍具有300 mAh g-1的可逆比容量,库伦效率达到100%。2.以吡咯为原料,通过化学氧化聚合法制备聚吡咯含氮前驱,过硫酸铵作为氧化剂和硫源,通过KOH活化,碳化后制备具有类网状结构的N/S共掺杂微孔碳,将其作为钠离子电池负极材料研究其储钠性能。掺杂和活化后,呈现类网状并具有微孔结构,比表面显著增大。其电性能结果表示,在0.2 A g-1和10 A g-1的电流密度下,放电比容量分别达到301 mAh g-1和153 mAh g-1,具有超强的循环稳定性,长寿命,优异的倍率性能。3.通过化学氧化聚合法,原位制备聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)含氮有机前驱体,氧化剂过硫酸铵也作为硫源,通过化学活化,制备N/S共掺杂微孔碳。作为钠离子电池的负极材料研究其储钠性能,电化学性能测试结果表明复合后的材料具有高的放电比容量(0.2 A g-1的电流密度下,放电比容量为300 mAh g-1),良好的循环稳定性,1000次循环后容量保持率为98%。