【摘 要】
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得益于低廉的成本和丰富的地壳储量,钾离子电池被视为是锂离子电池潜在的替代者。但是,相比于Li+,K+不仅扩散速率更慢,而且半径更大,在材料中进行脱嵌时造成的体积膨胀更加剧烈,对结构的破坏更为严重,尤其对于钾离子电池负极材料。钴基氧化物、硫化物由于具有较高的放电比容量被视为钾离子电池的最佳负极材料候选者之一,但是由于K+脱嵌的过程对结构破坏十分严重,导致其倍率性能差、循环寿命短。而通过合理的结构设计
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得益于低廉的成本和丰富的地壳储量,钾离子电池被视为是锂离子电池潜在的替代者。但是,相比于Li+,K+不仅扩散速率更慢,而且半径更大,在材料中进行脱嵌时造成的体积膨胀更加剧烈,对结构的破坏更为严重,尤其对于钾离子电池负极材料。钴基氧化物、硫化物由于具有较高的放电比容量被视为钾离子电池的最佳负极材料候选者之一,但是由于K+脱嵌的过程对结构破坏十分严重,导致其倍率性能差、循环寿命短。而通过合理的结构设计和碳包覆过程,可以显著地改善钴基氧化物、硫化物由于脱嵌引起的体积膨胀问题,极大地提高材料倍率性能和循环稳定性。在本论文中,我们通过巧妙的实验设计,成功合成具有优异电化学性能的联结碳层包覆的纳米氧化钴（Co O@C）、负载在中空碳球上的硫化钴（Co S@HCS）,分别进行了储钾性能测试。具体内容如下:（1）经过油胺热解法和简单的盐酸多巴胺包覆后,合成了联结碳层包覆的纳米氧化钴（Co O@C）复合负极材料。研究结果表明联结碳层很好地改善了Co O的电化学性能,所得Co O@C负极材料展现出优异的电化学性能:在100 m A g-1的电流密度下,100圈后保有230 m Ah g-1的容量;1 A g-1的电流密度下,500圈后仍然保有185.9 m Ah g-1的容量。（2）以油胺热解法制得的Co O颗粒和聚丙烯酸甲酯为前驱体,通过静电喷雾和硫化过程,制备了负载在中空碳球上的硫化钴（Co S@HCS）。并对其进行了多种测试表征,发现以下特征:Co S@HCS材料呈现球型中空结构,每个球型颗粒尺寸约为1μm。其中,硫化钴颗粒负载在中空碳球上,中空碳球的碳壁厚度约为50 nm,并且在中空碳球中实现了氮、硫双掺杂现象。（3）我们对Co S@HCS储钾性能进行了深入的研究,结果显示Co S@HCS具备优异的循环寿命:在100 m A g-1的电流密度下,经过100循环,仍旧保有了332 m Ah g-1的容量;1 A g-1的大电流密度下,1000圈后,仍旧保有了196 m Ah g-1的可逆容量;组装的全电池在100 m A g-1的电流密度下,50圈后仍旧保有82.4 m Ah g-1的容量。本论文还揭示了Co S@HCS材料的储钾机理为Co S的转化反应与赝电容贡献,并且通过GITT法和电化学阻抗法（EIS）发现Co S@HCS具有优异的扩散动力学。
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