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锂离子电池(LIBs)具有高电压、高能量密度和长循环寿命等优势,已广泛应用于智能手机、笔记本、电动车和新能源存储等领域。然而,锂资源有限且地壳中丰度低,随着锂离子电池获得更大规模的广泛应用,其价格必然上升,有可能达到无法承受的程度。因而,开发可替代锂离子电池的新型二次电池尤为重要。钠离子电池(SIBs)与锂离子电池工作机理相似,引起了众多科学家的关注,被视为最有可能替代锂离子电池的新型二次电池之一。然而,钠离子半径比锂离子大等因素,使得许多传统的电极材料,尤其是负极材料,难以应用于钠离子电池中。目前,仍需大量研究寻找适合商业化的钠离子电池负极材料,以促进钠离子电池的最终商品业化。本文以锡基负极材料为研究对象,通过对材料的组成和结构设计,制备高性能的钠离子电池负极材料,并利用非原位的表征分析技术,对所得材料的储钠机理进行了探究。具体的主要研究内容如下:(1)以碳布为自支撑集流体,利用高温退火的方法,得到纳米级SnO2修饰的柔性负极材料。纳米级SnO2颗粒均匀的分布在碳纤维表面,这种结构不仅可以缓解SnO2在循环过程中的体积膨胀,而且有利于Na+的传输。该材料可直接用作负极材料,不需乙炔黑、粘结剂等添加剂。电化学性能测试表明,该材料具有优异的倍率、稳定的循环性能。电流密度为200和400 mA g-1时,其可逆容量可达52.3和30.2 mA h g-1。电流密度为40 mA g-1时,循环100圈后,充电比容量为94.8 mA h g-1。与Na3V2(PO4)2O2F匹配成全电池后,该材料仍表现出优异的电化学性能,表明其具有应用前景。(2)这种柔性材料质量比容量有限,因而,为了进一步提高材料的容量以及电化学性能,我们利用冷冻干燥的方法设计合成了三明治结构的SnO/rGO纳米复合材料。在该材料中,SnO均匀分布在三维导电碳网络rGO中,这种独特的结构不仅可以提高导电率和Na+的传输速率,而且可以有效缓解充放电过程的体积变化。电化学性能测试表明,SnO/rGO具有优异的倍率、循环性能。即使在5 A g-1下,仍具有140.1 mA h g-1的可逆容量。与Na3V2(PO4)2O2F组装成全电池后,表现出超高的倍率性能。在20 C下,Na3V2(PO4)2O2F仍表现出65.7 mA h g-1的放电容量。(3)金属Sn作为钠离子电池负极材料,其理论比容量可达847 mA h g-1,然而其体积膨胀率高达420%。为了缓解其体积膨胀,我们设计合成了Sn基单金属有机框架。这种MOFs结构材料表现出优异的电化学性能。在0.05 A g-1的电流密度下,可逆比容量可达420.2 mA h g-1。该负极在0.1 A g-1下循环500次,仍具有258.9 mA h g-1的充电比容量。此外,我们利用非原位XRD等方法研究了其储钠机理。