钠离子电池和锂离子电池具有近似的电荷存储原理,但因为钠资源更丰富、成本更低廉,所以是未来大规模储能领域最具潜力的器件选择。然而,缺乏合适的负极材料制约了钠离子电池的发展,碳材料仍然是最有潜力的选择之一。研究者们对于各类碳材料都开展了系统的研究,然而碳材料的储钠机理尚不明晰且电化学性能仍需要进一步的提高。针对上述问题,本文以碳材料的基本结构单元石墨烯为出发点,从表面改性和堆垛结构调控两个角度入手,分别设计并制备了硫功能化多孔石墨烯宏观体和生物质硬碳两种不同的碳材料,研究了其作为钠离子电池负极材料的性能,主要内容和结论如下:首先,我们对石墨烯宏观体进行表面功能化,引入了有电化学活性的含硫官能团,得到硫功能化多孔石墨烯宏观体（SPGM）,在用作钠离子电池负极材料时,在0.1 A/g的电流密度下比容量达400 mAh/g左右,同时展现优异的倍率性能,5 A/g的电流密度下比容量高达123 mAh/g,机理研究证明含硫官能团-C-S_x-C-（x=1-2）是高容量的主要来源。同时我们系统探究了硫含量对石墨烯宏观体的结构和性能的影响,低硫含量时可逆容量较低,而高硫含量时容量衰减较快,优化的硫含量（16.8 wt%）则可以很好地平衡可逆容量和循环稳定性,实现了电化学性能的最优方案。除表面化学外,硬碳材料中的石墨微晶的堆垛结构也会影响储钠行为和性能。因此,我们从调控微晶中石墨烯片层的堆垛结构入手,首次以废弃的生物质荔枝壳为前驱体,经过简单的高温碳化制备了荔枝壳硬碳（LSC）。碳化温度对于荔枝壳硬碳的石墨烯堆垛结构以及储钠性能起到关键性作用。随着碳化温度从900℃到1400℃,比表面积减小,石墨烯片层堆垛的有序度提高,片层间距扩大,硬碳的储钠容量也随之逐渐提高,首次库伦效率总体呈现上升趋势。其中经历1400℃碳化的硬碳可逆比容量可高达334 mAh/g,首次库伦效率为72%。此外,本文以产业化正极Na[Ni_1/3Fe_1/3Mn_1/3]O₂和荔枝壳硬碳（LSC）分别为正负极电极材料,组装了钠离子全电池,比容量可达57 mAh/g,能量密度为177 Wh/kg。