研究揭示钠离子电池硬碳负极界面调控新策略

硬碳因其较低的工作电压平台、高比容量及丰富的原材料资源，已成为钠离子电池极具竞争力的负极材料。硬碳负极存在初始库仑效率低、动力学慢、循环稳定性差等问题，制约了其大规模商业化应用。这些问题与硬碳表面形成的厚且不均匀的固态电解质界面密切相关。

近日，中国科学院新疆理化技术研究所团队通过水热碳化路线，设计并制备了一系列由蔗糖衍生的硬碳材料。研究选用均苯三甲酸、均苯三甲醛和均苯三酚作为前驱体，通过调控蔗糖与前驱体的聚合反应，精准调节硬碳基质中氧官能团的类型和比例。该策略旨在改变溶剂和盐类物种的界面反应倾向，从而在循环过程中产生不同的界面化学性质及相对应的固态电解质界面结构。

研究结果表明，由均苯三甲酸制得的硬碳表面富含C=O官能团，有利于形成富NaF的固态电解质界面内层。电化学测试显示，CMS-COOH的首次库仑效率显著提高至87.9%，在50mA g^-1电流密度下经过200次循环后，容量保持率最高可达95.7%，性能优于其他样品。该策略有效缓解了初始库仑效率与循环稳定性之间的权衡问题。

相关研究成果发表在Small上。研究工作得到国家自然科学基金、新疆维吾尔自治区重点研发计划和“天山英才”培养计划等的支持。

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基于不同前驱体制备硬碳微球负极的合成示意图与电极形貌对比