随着新能源技术地快速发展,可充电电池在电力存储器件中占据很大的份额。在众多类型的可充电电池中,碱金属离子电池在能量/功率密度、安全性、寿命和成本等方面具有突出的优势,成为发展前景最为广阔的可充电储能器件。在影响碱金属离子电池的因素中,阳极材料的选择是影响电池整体性能的关键,然而阳极材料有限的理论比容量和较低的反应动力学限制了电池的能量和功率密度,因此需要开发兼具高比容量和高稳定性的碱金属离子电池阳极材料。碳材料因资源丰富、成本低廉、环境友好、电化学性质稳定等优点而被用作多种电池的电极材料。本论文以碳基材料为研究对象,通过调控碳材料的孔隙结构及形貌结构优化阳极材料的储能性能,从而实现优异的碱金属离子电池性能。具体的研究内容包括以下几个部分:(1)通过高温热解柠檬酸钾的方法制备出分等级孔隙结构的碳纳米片(CNSs)。在高温退火时钾盐的模板作用使产物组装成二维纳米片结构,钾盐的活化作用使产物产生了不同等级的孔隙结构。CNSs独特的二维纳米片结构有助于增加表面活性位点以及缩短锂离子的扩散距离,而分等级的孔隙结构进一步提高锂离子存储的反应活性和反应动力学。并且,CNS-950与商业化活性炭对比具有更高的可逆容量。进一步将CNS-950与过渡金属氧化物作对电极应用在全电池中,其在比能量和比功率性能方面表现突出。(2)将柠檬酸钾衍化的CNSs进一步用作阳极材料研究其钠离子储能性能。因其丰富的孔隙结构及二维纳米片结构,CNS-700具有2062.7 m~2 g^-1的高比表面积和1.0001 cm~3 g^-1的总孔体积。较高的比表面积、纳米片形貌结构及多孔隙结构不仅提供了丰富的缺陷位和活性位点,而且也缩短了钠离子扩散路径。这些特性使CNSs作为钠离子电池的电极材料也展现出优异的储能性能。(3)以硝酸铁、聚四氟乙烯、三聚氰胺为原料进行分阶段热解反应,通过酸洗去除多余的Fe,最后得到了氮氟共掺杂的碳纳米片/中空微球复合材料(N,F@NSs)。所得到的N,F@NSs不仅具有丰富的孔隙结构,而且氮氟共掺杂使表面形成了更多的缺陷位,并且Fe的催化作用使复合碳材料实现了不同程度的石墨化。由于这些特性,以N,F@NS-1.0为电极材料的钠离子电池表现出优异的钠离子储能性能。研究发现孔隙结构及特殊的形貌结构可以改善碳基材料的碱金属离子储能性能,进一步影响电极材料的电化学性能。碳材料中杂原子掺杂对电极活性材料的电化学性能也影响深远。