摘要: 钛基聚阴离子型化合物NaTi2(PO4)3具有理论比容量大、电化学活性高、离子扩散快等优点，是目前最受关注的水系钠离子电池负极材料。但是，它在水系电解液中结构不稳定，循环寿命不足。本论文通过构筑耐腐蚀的碳保护界面和难溶盐界面增强NaTi2(PO4)3的... 展开 钛基聚阴离子型化合物NaTi2(PO4)3具有理论比容量大、电化学活性高、离子扩散快等优点，是目前最受关注的水系钠离子电池负极材料。但是，它在水系电解液中结构不稳定，循环寿命不足。本论文通过构筑耐腐蚀的碳保护界面和难溶盐界面增强NaTi2(PO4)3的结构稳定性和电化学性能。主要研究内容如下: (1)NaTi2(PO4)3负极材料的碳界面构筑及电化学性能:通过设计新型的液相反应方法，原位构筑具有碳保护界面的NaTi2(PO4)3/C负极材料。通过X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱、固态核磁共振、热重分析等技术探究材料的碳界面构筑机制;利用扫描电镜、透射电镜、BET测试、X射线光电子能谱等技术研究材料形貌结构及物质组成;通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学行为和充放电性能;运用非原位XRD探究材料在水系电解液中的结构稳定性和耐腐蚀能力。结果表明，碳保护界面不仅可以提高材料的电子传导性和反应动力学，还有利于增强NaTi2(PO4)3负极材料在水系电解液中的耐腐蚀能力和结构稳定性，从而使材料表现出优异的电化学性能:在1 C条件下的可逆容量为114.5 mAh·g-1，循环100次后容量保持率为93.6％;在10 C条件下循环1000次后容量保持率为82.1％。此外，Na0.44MnO2|NaTi2(PO4)3/C电池在1 C条件下的可逆容量为84.2 mAh·g-1,循环50次后的容量保持率达91.3％。 (2)NaTi2(PO4)3/C负极材料的难溶盐界面构筑及电化学性能:通过引入ZnSO4和H3PO4添加剂，设计低成本的新型硫酸盐电解液体系，在NaTi2(PO4)3/C表面原位沉积构筑难溶盐界面。通过X射线衍射、循环伏安、恒流充放电和交流阻抗技术研究电解液添加剂对NaTi2(PO4)3/C结构稳定性、电化学性能及反应动力学的影响;通过扫描电镜、X射线衍射、红外光谱和X射线光电子能谱研究界面层的物质结构及组成，分析电解液的功能作用机制。结果表明，电解液添加剂能够识别捕获因副反应产生的OH-,并在电极材料表面原位生成难溶的Zn4SO4(OH)6·5H2O界面保护层，从而增强电极材料在水系电解液中的结构稳定性和电化学性能。在最优的电解液体系中，NaTi2(PO4)3/C在1 C条件下的可逆容量为98.4mAh·g-1,循环100次后容量保持率高达99.3％。 本论文研究为解决钛基聚阴离子型负极材料在水系电解液中结构不稳定和电化学性能衰退的问题提供了新思路，为设计长寿命水系钠离子电池提供了新型电解液。 收起