DOI: 10.1016/j.electacta.2022.141730

本研究提出了一种双杂原子掺杂策略，以合成硼和氮杂原子掺杂碳纳米纤维（BNC NFs）作为钠离子电池（SIBs）负极材料。BNC NF负极的比容量和倍率性能均高于NC NF负极。特别是，含有5wt%硼酸的复合材料在电流密度为0.02A/g时提供了249mAh/g的最高可逆容量，3000次循环后在2A/g下显示出144mAh/g的优异循环稳定性。BNC NFs卓越的循环性能可归因于在退火条件下通过优化掺杂硼获得的富缺陷纳米结构，这有利于加速离子传输并引入额外的钠离子存储活性位点。由优化的BNC NFs负极和Na3V2（PO4）3正极构成的钠离子全电池的优异容量和长循环稳定性表明，B掺杂CNFs作为可再充电钠离子电池负极具有巨大的潜力。

图1.BNC NFs合成示意图。

图2.（a）NC、（b）2BNC、（c）5BNC、（d）10BNC和（e）25BNC NFs在不同放大倍率下的场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）图像，插图显示低放大倍率FE-SEM图像。（f）NC、（g）2BNC、（h）5BNC、（i）10BNC和（j）25BNC NFs的高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）图像，插图显示了相应的快速傅里叶变换图像。

图3.（a）NC、2BNC、5BNC、10BNC和25BNC NFs的X射线衍射图，（b）拉曼光谱，（c）氮气吸附/解吸等温线，以及（d）孔径分布。

图4.NC、2BNC、5BNC、10BNC和25BNC NFs中（a）C1s、（b）N1s、（C）B1s和（d）O1s的高分辨率X射线光电子能谱。

图5.（a）NC NFs、（b）2BNC、（c）5BNC、（d）10BNC和（e）25BNC NF电极在20mA/g下的恒电流充放电曲线。（f）NC、2BNC、5BNC、10BNC和25BNC NFs在0.12V以上和以下的电容贡献。

图6.NC、2BNC、5BNC、10BNC和25BNC NFs在电流密度为（a）0.2和（b）1A/g时的循环性能。（c）NC、2BNC、5BNC、10BNC和25BNC NFs在0.02-20A/g范围内的倍率性能；（d）NC和5BNC NFs在2A/g下进行3000次循环期间的长期循环性能 。

图7.5BNC NFs（a）在0.1mV/s的扫描速率下和（b）在0.1至0.8mVs的不同扫描速率下进行初始三个循环期间的循环伏安曲线；（c）扫描速率平方根（v1/2）与峰值电流（ip）之间的对应关系；（d）NC、2BNC、5BNC、10BNC和25BNC NFs的电容和扩散控制电容贡献。

图8.（a）NC、（b）5BNC和（c）25BNC NF电极的比容量与电位和钠离子扩散系数之间的关系。

图9.（a）5BNC NFs//NVP@C全电池示意图；（b）5BNC NFs//NVP@C全电池（N/P比=1.12）在初始5个循环期间的恒电流充放电曲线；（c）具有不同N/P比的5BNC NFs//NVP@C全电池的倍率性能和（d）循环性能。