钠离子电池在大规模储能方面有希望成为锂离子电池的替代者,负极材料是决定钠离子电池性能的关键因素之一。本论文立足于高性能钠离子电池负极材料的开发,以资源丰富且价格低廉的煤为前驱体,通过高温石墨化制备出高石墨化程度的煤基石墨,在此基础上,研究煤基石墨类材料和其复合材料的制备及其微观结构与储钠性能之间的关系。主要研究内容如下:（1）采用“低温氧化插层+高温膨化还原”的工艺,以无烟煤基石墨为原料制备出层间距和比表面积可调的煤基膨胀石墨材料。延长低温氧化插层时间制备出层间距较大、石墨烯片层堆叠层数较少的膨胀石墨。膨化还原后,无烟煤基石墨的层间距从～0.337 nm增大到～0.370 nm,为嵌钠/脱钠提供了快速通道;比表面积增大到389 m~2 g-1,孔容为9.09 nm,提高电解液的浸润性,增加有效储钠活性位点。无烟煤基膨胀石墨在储钠时表现出优异的倍率性能(10 A g-1电流密度下可逆储钠容量为88 m A h g-1)和循环稳定性(1 A g-1的电流密度下进行1000个循环,容量仍可保持140 m A h g-1,保持率为70%)。（2）采用改进的Hummers法,通过延长低温反应时间实现石墨烯片层的充分剥离,制备出高缺陷度且堆叠层数较少的煤基还原氧化石墨烯,片层的剥离程度、层间距、比表面积和孔径均随煤化程度的增加而增大。利用无烟煤基石墨剥离出的还原氧化石墨烯,片层堆叠较少（3-5层）、缺陷浓度高。与无烟煤基膨胀石墨相比,无烟煤基还原氧化石墨烯表现更优异的倍率性能(10 A g-1电流密度下储钠可逆容量为91 m A h g-1)和循环稳定性(1 A g-1电流密度下进行1000个循环,容量仍可保持145 m A h g-1,保持率为69%)。（3）以H2S为硫源,通过高温刻蚀的方法对煤基还原氧化石墨烯进行表面改性。H2S能够与煤基还原氧化石墨烯的C-C/O-C=O反应生成噻吩型碳硫共价键（S-C/S=C）。S掺杂可提高煤基石墨类材料的缺陷浓度,增多储钠位点,并以占位形式防止含氧官能团脱除后石墨层间距的减小。硫掺杂可显著提升煤基石墨类材料的可逆储钠容量,首次可逆容量由无烟煤基膨胀石墨和无烟煤基还原氧化石墨烯的326和456 m A h g-1,提升至486和591 m A h g-1;在10 A g-1大电流密度下由原来的88和91 m A h g-1,提升至149和171 m A h g-1。（4）以硼氢化钠（Na BH4）为还原剂,将金属Sb颗粒原位负载在无烟煤基还原氧化石墨烯表面,制备出无烟煤基还原氧化石墨烯/锑（ARGO/Sb）复合材料。纳米金属Sb和ARGO之间存在Sb-O-C的作用,实现二者稳定结合;纳米金属Sb包裹于ARGO的导电网络中,防止在储钠过程中金属Sb颗粒由于体积膨胀而导致的脱落,增强其储钠性能。Sb颗粒负载于石墨烯表面,降低了其比表面积,使复合材料的首次库伦效率得到显著提升（由21%提升至49.7%）。（5）煤基石墨类材料的储钠行为以电容控制过程为主导;硫掺杂可提升电容控制过程的储钠容量,并提高钠离子的扩散速率,从而提高电化学反应动力学速率;煤基石墨烯复合材料中合金化/去合金化反应既包括电容控制过程,也包括扩散控制过程。综上所述,本文以不同变质程度的煤为原料制备出一系列储钠性能优异的煤基石墨类材料,包括煤基膨胀石墨、硫掺杂煤基膨胀石墨、煤基还原氧化石墨烯、硫掺杂煤基还原氧化石墨烯以及煤基还原氧化石墨烯/锑复合材料,并对其储钠机理和钠离子扩散动力学进行了深入探究,可为高性能钠离子电池负极材料的开发提供重要的参考。图62幅,表15个,参考文献159篇。