张志国 杨观华 张杰 王旭 李翼宏

摘 要：钠离子电池（sodium-ion batteries， SIBs）作为未来极具竞争力的大型储能装置之一，由于没有合适的负极材料，其商业化应用受到严重阻碍，因此，开发新型高性能SIBs负极材料是目前亟待解决的问题之一。硬碳材料由于来源丰富和成本低廉受到广泛关注，使用马铃薯淀粉为前驱体，采用不同的氮源对马铃薯淀粉进行掺杂改性，从而制备出氮掺杂硬碳材料。测试结果表明氮掺杂硬碳材料相比于未掺杂改性材料，其电化学性能显著提高。以二氰二胺为氮源掺杂的硬碳材料在0.1 A/g的电流密度下循环100圈后，仍能保持220.47 mA?h/g的可逆比容量，以尿素为氮源的硬碳材料能保持233.36 mA?h/g可逆比容量。结果表明，氮元素的掺杂可以有效地提升硬碳材料的离子电导率、增加硬碳材料的可逆比容量，从而整体提升硬碳材料的电化学性能。

关键词：钠离子电池（SIBs）；硬碳；淀粉；氮掺杂；负极材料

中图分类号：TM912 DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2024.03.011

0 引言

由于日益突出的能源问题，许多国家纷纷出台相应的政策，大力推动新能源产业的发展[1-2]。其中，新能源汽车在最近几年的发展速度最为迅猛。锂离子电池（lithium-ion batteries， LIBs）作为新能源汽车中的核心部件正面临着极大的挑战，这主要是由于锂资源严重匮乏以及在地壳中分布不均[3]。钠元素与锂元素位于同一主族，具有相似的化学性质，并且SIBs（sodium-ion batteries）与LIBs具有相似的储能机制，所以SIBs被视为制造大型储能装置的极具潜力的候选者之一。然而，由于钠离子半径约是锂离子半径的1.34倍，导致无法直接使用传统的石墨材料作为SIBs负极[4]。……