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目前,锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、无污染等优势被广泛的应用在移动电子设备和电动汽车等领域。然而,锂资源有限且分布不均,这在很大程度上限制了锂离子电池在大规模储能系统中的应用。钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理,并且钠资源储量丰富,分布广泛,因而有望被应用到大规模储能系统中。然而,由于钠离子的半径比锂离子的半径大,寻找适合钠离子脱嵌的电极材料仍然面临着巨大的挑战。在各种钠离子电池正极材料中,Na0.44MnO2由于具有独特的三维隧道结构,不仅能够提供较宽的钠离子扩散路径,还能够调节钠离子脱嵌过程中产生的结构应力变化,因此它被认为是一种比较有前景的钠离子电池正极材料。目前,Na0.44MnO2材料的制备过程通常需要经过长时间的预处理以及焙烧过程才能获得最终产物,具有制备过程繁琐、耗时耗能等缺点,而且它的倍率性能比较差,循环寿命比较短,从而限制了其应用和发展。因此,优化隧道相Na0.44MnO2的制备工艺以及进一步提高其储钠性能具有重要的理论和实际意义。本论文以隧道相Na0.44MnO2作为钠离子电池的正极材料为研究对象。通过对其制备工艺的优化以及合成过程中反应机理的探究,制备出电化学性能优异的Na0.44MnO2正极材料;随后,针对它存在的倍率性能比较差,循环寿命比较短等问题提出了一系列掺杂改性的策略,系统地探究了离子掺杂对Na0.44MnO2结构、形貌、电化学性能和钠离子扩散速率的影响,并且探讨了其掺杂机理。本论文的主要研究内容如下:首先,采用草酸共沉淀方法制备了Na0.44MnO2电极材料,系统地探究了不同的制备条件对材料的结构、形貌和储钠性能的影响,并且探讨了材料在合成过程中的化学反应机理和材料在充放电过程中晶体结构的演变过程。实验结果表明,在900℃焙烧3 h可以获得电化学性能优异的Na0.44MnO2材料（记为NMO-9003）。在0.2 C下的放电比容量可以达到118m Ah g-1,接近其理论比容量(120 m Ah g-1);此外,NMO-9003还表现出良好的倍率性能和长循环寿命。在高倍率5 C下,经过600周的循环之后比容量还有71 m Ah g-1,容量保持率为84%。与此同时,还计算了NMO-9003在充放电过程中晶格参数和体积的变化。在2.0-3.8 V的电压范围内,体积变化只有7%左右,表明该材料具有良好的结构稳定性。本实验采用的制备方法具有简单高效的优势,节约时间和能耗,有利于工业化的应用。其次,为了进一步优化Na0.44MnO2电极材料的电化学性能,提出了Ti掺杂的策略。在这部分工作中,采用草酸共沉淀方法制备了一系列Ti掺杂的Na0.44Mn1-xTixO2（x=0、0.11、0.22和0.33）材料,并系统地探究了Ti掺杂比例对Na0.44MnO2材料的结构、形貌、储钠性能以及钠离子扩散系数的影响。结构表征发现,适量的Ti掺杂不会改变Na0.44MnO2的晶体结构和形貌。电化学性能测试表明,当Ti的掺杂比例为0.11时(即Na0.44Mn0.89Ti0.11O2),可以获得电化学性能提高的正极材料。在0.1 C下,Na0.44Mn0.89Ti0.11O2的首周比容量可以达到119 m Ah g-1;而且在高倍率5 C下,初始比容量可以达到96 m Ah g-1,经过1000周的循环之后,剩余比容量为71 m Ah g-1,对应的容量保持率为74%。另外,恒电流间歇滴定技术（GITT）表明,Ti引入之后可以大幅度地提高钠离子的扩散速率。原位X射线衍射（XRD）测试结果表明,优化的Na0.44Mn0.89Ti0.11O2电极材料在充放电过程中的体积变化仅有5.26%,这表明Ti的引入提高了材料的结构稳定性和可逆性,因此表现出优异的储钠性能。然后,为了探究4d过渡金属掺杂对Na0.44MnO2电极材料的影响,提出了Zr掺杂的策略。在这部分工作中,采用草酸共沉淀方法制备了一系列Zr取代的Na0.44Mn1-xZrxO2（x=0、0.02、0.04和0.06）材料,并系统地探究了Zr掺杂比例对Na0.44MnO2材料的结构、形貌、电化学性能以及钠离子扩散系数的影响。结构表征发现,适量的Zr掺杂不会改变Na0.44MnO2的晶体结构和形貌。电化学性能测试表明,当Zr的掺杂比例为0.02(即Na0.44Mn0.98Zr0.02O2)时,可以获得电化学性能优异的正极材料。在小倍率1C下,Na0.44Mn0.98Zr0.02O2的放电比容量可以达到112 m Ah g-1;在高倍率5 C下循环1000次之后剩余比容量为78 m Ah g-1,对应的容量保持率为80%。另外,GITT表明,4d阳离子Zr4+的引入也可以有效地提高钠离子的扩散速率。原位XRD测试结果表明,优化的Na0.44Mn0.98Zr0.02O2电极材料在钠离子脱嵌过程中的体积变化仅有4.25%左右,这表明Zr的引入提高了材料的结构稳定性和可逆性,因此表现出优异的储钠性能。通过查阅文献发现,阴离子掺杂是调整二次电池电极材料结构的有效方法之一。因此,在这部分工作中提出了阴离子F掺杂的策略,系统地探究了F掺杂比例和制备条件对Na0.44MnO2材料的结构、形貌、电化学性能以及钠离子扩散系数的影响。结构表征发现,F掺杂改变了Na0.44MnO2材料的晶体结构和形貌,使其由单相的隧道相逐渐演变成层状-隧道混合相。电化学性能测试表明,当F的掺杂比例为0.07、焙烧温度为900℃、焙烧时间为3 h时获得的电极材料(记为NMOF0.07-9003)表现出最优异的电化学性能。在0.5 C和1 C下,NMOF0.07-9003的初始比容量分别高达149 m Ah g-1和138 m Ah g-1。另外,NMOF0.07-9003还表现出优异的倍率性能和循环稳定性。在5 C下,NMOF0.07-9003的初始比容量为109 m Ah g-1,循环400周之后的放电比容量为86 m Ah g-1,容量保持率为79%。NMOF0.07-9003之所以表现出优异的电化学性能,是因为层状-隧道混合相在电化学性能中表现出一定的协同作用,既提高了纯相隧道相的可逆比容量,又提高了纯相P2相的容量保持率。