1. 研究目的与意义（文献综述）

当今人类社会的可持续发展面临着能源与环境两大问题，传统化石能源带来的资源短缺与环境污染加快了人们对可再生能源的利用和开发。^[1]在20世纪80年代，钠离子电池与锂离子电池同时得到研究，随着锂离子电池成功商业化，钠离子的研究被放缓。由于目前绿色交通和大规模能源储存行业的大力发展，理想的二次电池除具有适宜的电化学性能外，还必须兼顾社会经济效益指标，这使得钠离子再次进入人们的视线。^[2]

相比于锂离子电池，钠离子电池具有以下特点：（1）相似的充放电机制。充电过程中，正极材料失去电子并脱出钠离子，负极材料得到电子并嵌入钠离子，充电过程与放电过程相反。^[3]（2）相似的嵌插化学性质。锂离子与钠离子可以在相似的材料结构中进行可逆的嵌入和脱出，但钠离子半径较大，大量嵌入脱出会使诱使材料发生结构变化，降低了材料的循环寿命。（3）钠的储量丰富，钠资源在地壳中的储量约为1%，广泛分布于海水中；而锂的储量只有约10ppm^[4]且分布不均。为了更好的满足现实需求，钠离子电池还需要提升比能量、循环寿命、倍率性能等。^{[5, 6]}（4）。除了资源丰富易得、成本低廉、分布广泛的优势外，在电池体系中钠不会与铝发生电化学合金化反应，因此钠离子电池可以采用铝箔作为负极集流体（替代锂离子电池体系中铜箔集流体），这样可以有效避免过放电引起的集流体氧化问题，既有利于电池的安全，又达到了进一步降低电池成本的目的。^[7]

钠离子电池的主要阻碍是合适的电极材料在Na 可逆和快速嵌入和脱出方面的不足。能量密度与功率密度尚需进一步提高，设计合成具有较大隧道结构的储钠化合物是正极储钠研究的重点。硬碳材料和合金负极有望用于钠离子电池负极， 这类材料的初始充放电效率、循环稳定性也有待改善。 采用合金化、纳米化，设计适合的纳米结构缓冲钠离子嵌脱过程的体积变化，将是合金负极研究的主要方向。[1]为解决钠离子电池所存在的缺点，Cao等运用自组装法合成了聚苯胺碳纳米管前驱体，在高温下碳化得到碳纳米管。在50mA/g-1 的电流密度下，首次比容量为251 mA/g-1 ，经过400次循环后仍保持206.3 mA/g-1 ，体现了较好的循环性能。[5] 

具有高表面负电性的碳纳米管也是一种良好的电解质填料, 但因为碳纳米管具有高电子导电性, 加入电解质中会造成电池短路, 因此使用时需对其进行特殊处理。[8]碳纳米（CNTs）由于其高导电性已经被频繁地用作复合材料去提升各种材料的电化学性能，并且之前的工作也展示了CNTs通过部分阻止活性物质溶解到电解液里来稳定活性成分的作用。[9]

金属硫化物，被认为是很有前景的钠离子电池的材料，地球储备丰富、性质稳定、具有很高的理论容量[10, 11]。硫化物类电解质除具有热稳定高、安全性能好、电化学窗口宽的优点外, 其导电率也比较高, 0℃下可以达10-4～10-3 S/cm, 在高功率电池及高低温电池方面具有突出优势。[8]在硫化物的研究中，硫化亚铁具有一些良好的性能，如成本效益高，自然储量丰富，低毒和具有高理论电容。但是，铁硫化物也显示了较低的电化学性能，由于其导电性差、动力学迟钝、循环中的严重的体积变化。因此，用于实现高容量和高速率的有效战略设计在实际应用中十分重要。但是目前为止，鲜有关于硫化亚铁/碳纳米管复合材料在电池应用上的报道。[12, 13]

本实验通过设计将Fe1-xS纳米粒子封装在碳纳米管内形成三维网络结构，小尺寸的包封的Fe1-xS颗粒增加了电极与电解质的接触面积并缩短扩散路径电子和离子。Fe1-xS @碳纳米管复合材料的结构特性使钠离子电池在可逆容量，循环稳定性方面表现良好，也赋予电极具有出色的钠储存能力。[14, 15]

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

将碳纳米管混合液与氮有机材料与氯化铁混合均匀，再在惰性气氛下热解上述混合物得到fe_1-xs@nc/mwcnts ，研究其电化学容量、功率及循环特性。

2.2目标

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献，完成开题报告。

第4-7周：完成介孔碳材料的合成、活化和大部分结构表征工作。

第8-12周：完成介孔碳/硫复合材料的电化学性能测试和评价工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 钱江锋, 高学平, 杨汉西. 电化学储钠材料的研究进展[j]. 电化学, 2013, (06): 523-529.

[2] 张宁, 刘永畅, 陈程成, et al. 钠离子电池电极材料研究进展[j]. 无机化学学报, 2015,(09): 1739-1750.

[3] 邱珅, 吴先勇, 卢海燕, et al. 碳基负极材料储钠反应的研究进展[j]. 储能科学与技术, 2016,(03): 258-267.