氧气介导的分子交联技术：用于先进钠离子电池的硬碳负极

《CARBON》：Oxygen-Mediated Molecular Crosslinking-Engineered Hard Carbon Anodes for Advanced Sodium-Ion Batteries

　　

Rigan Xu|Qi Liu|Lijuan Hou|Wenxiu He|Daobin Mu|Li Li|Renjie Chen|Feng Wu

摘要

在商用钠离子电池（SIBs）领域，硬碳（HC）被视为最具前景的负极材料；然而，精确调控其微观结构以实现高可逆容量仍然是一个巨大的挑战。本研究提出了一种简单高效的分子交联反应，用于改变前体的分子构型和官能团。通过引入氧气来促进羟基和羧基之间的酯化反应，构建了一个坚固的交联碳网络。这种分子层面的结构工程最终优化了硬碳的微观结构，其特征是石墨晶格高度畸变、闭孔体积显著增大（0.1123 cm³ g^-1），以及丰富的Na⁺吸附位点。理论和实验分析表明，这种独特的结构不仅提高了Na⁺的吸附能并降低了迁移障碍，还有效促进了闭孔内准金属钠簇的形成。因此，优化后的硬碳负极表现出优异的可逆容量，达到364.7 mAh g^-1。此外，它在2500次循环后（放电倍率为2 C）仍能保持205.4 mAh g^-1的容量，并且在-25 °C下仍具有出色的电化学性能。这种简单有效的分子交联策略为硬碳在商用钠离子电池中的高级应用提供了宝贵的指导。