通过分子内氧化提升沥青衍生硬碳的储钠性能以用于高性能钠离子电池

摘要

高性能、低成本硬碳的发展对钠离子电池的商业化起到了至关重要的作用。由于沥青具有分布广泛，资源丰富，和成本低廉的特点，被认为是适宜的硬碳前驱体。但因其容量小、电化学反应动力学差，进一步限制了其应用。本文通过混酸的协同作用，成功通过分子内氧化合成了沥青基硬碳纳米片。硫酸的引入有效促进了沥青分子层间结构的膨胀与解离，进而显著增强了硝酸对沥青分子的分子内氧化效率。混酸氧化过程有效地引入了含氧官能团（OFGs），增大了层间距和形成更多纳米多孔结构，从而增加了可逆容量和提高了速率性能。优化后的沥青基硬碳在0.03 A·g^-1的电流密度下，可逆充电容量由115.0 mAh·g^-1提高至304.4 mAh·g^-1，平台容量提高5.5倍。本研究揭示了液相酸氧化对储钠型硬碳结构和组成的影响，揭示了制备低成本、高性能沥青基硬碳的有效方法。

关键词

钠离子电池 / 沥青基硬碳 / 碳纳米片 / 分子内氧化

基金资助

新疆维吾尔自治区重点研发项目(2024B01009-1,2024B04008-3); 上海合作组织科技伙伴计划; 国际科技合作计划(2023E01004); 国家自然科学基金(22368047,22468048)资助项目