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聚丙烯腈(PAN)基硬碳作为一种有机聚合物热解碳,制备温度较低,拥有大的层间距和无序结构,具有残炭率高、导电性好、充放电功效好、循环寿命高等优点,成为首选的锂/钠离子电池的负极材料。本文制备了不同形貌及微观结构的PAN硬碳材料与PAN/木质素复合硬碳材料,详细研究了形貌及微观结构与储锂/钠电性能的关系,探索了硬碳材料在锂/钠离子电池中的储能机理。本文以PAN为原料,通过工艺简单的稳定化和炭化过程制备出核桃仁状的新型硬碳微球,将其作为锂/钠离子电池负极材料。随着炭化温度升高,其储锂可逆容量逐渐下降,储钠可逆容量先上升后下降,首次库伦效率和倍率循环性能均有所提高。其中,1250℃炭化样品的综合性能最佳:在0.02 A/g下,首次储锂可逆容量是348 mAh/g,首次库伦效率为85%;首次储钠可逆容量是182 mAh/g,首次效率为74%。在0.8 A/g下,储锂可逆容量为89 mAh/g,但储钠可逆容量在0.2 A/g时就降为20 m Ah/g。本研究中还采用静电纺丝法结合热处理工艺制备出了PAN碳纳米纤维。PAN碳纳米纤维独特的纳米纤维形貌和三维导电网络结构使之与PAN硬碳微球相比,储锂和储钠性能都有显著的提高。并通过比较不同炭化温度处理的碳纳米纤维储锂与储钠性能的差异,发现PAN碳纳米纤维在储钠方面与储锂有着相似的机制,都是在高压斜坡区域储存在类石墨层间,在低压平台区域储存在纳米孔中。但是由于钠离子与锂离子在离子尺寸及电负性上的差异,导致它们的倍率和循环性能有所不同。通过在PAN溶液中加入木质素,在电纺的PAN/木质素复合碳纳米纤维中引入了更多的缺陷结构与孔结构,大大提高了储钠容量,并改善了倍率和循环性能。含50 wt%木质素的复合纤维经1300℃炭化处理后的碳纳米纤维膜在0.02 A/g下,首次可逆储钠容量是292.6 mAh/g,首次库伦效率是70.5%,倍率性能(在1A/g下容量是80 mAh/g)和循环性能(在0.1 A/g下循环200次后容量是247 mAh/g)杰出,是一种非常具有潜力的储钠电极材料。