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随着风能、太阳能等可再生能源的不断发展，将这些不连续的能量整合起来并入电网并且提高电网的稳定性和可靠性的大规模储能系统变得越来越重要。在各种储能技术中，由于具有使用方便、能量转换效率高及维修简单等优点，电化学储能技术尤其是二次电池被认为是大规模储能中最有前景的发展方向。到目前为止，锂离子电池已经发展成为最成功的电池存储体系，被广泛应用于便携式电子和电动车等移动设备和装置上。但是锂资源储量有限、分布不均匀，而且原材料成本比较高，这些都极大地阻碍了锂离子电池在大规模储能方面的应用。钠离子电池具有资源和成本等方面的优势，正成为新一代储能技术的发展热点。对于大规模、固定式储能场合，水系钠离子电池更加安全可靠、价格低廉、环境友好，理论上具有广泛的应用前景。然而，水系钠离子电池在电极材料选择以及实用化方面仍然面临非常复杂的问题。因此研发先进的电极材料成为水系钠离子电池实用化的关键。本论文的目的是探索水系钠离子正负极材料新体系，主要研究内容和结果如下: 1.由于在高温下Na2CO3会分解挥发，造成Na的损失，因此确定前驱体中钠含量很有必要。采用固相法合成制备三种不同钠含量的NaTi2(PO4)3/C负极材料。研究了前驱体中钠含量对材料性能的影响，发现当钠过量2％时，材料中含有Ti2P2O7的杂相，且具有较高的首次放电比容量，且后期的容量也比其它两种材料高;在前驱体中钠过量2％的基础上，制备四种不同碳掺杂量的NaTi2(PO4)3/C材料，综合材料的放电容量及库伦效率两方面因素来确定材料的掺碳量为20％;添加活性炭，对NaTi2(PO4)3/C进行了电化学性能的表征，发现当活性炭添加量为8％时，NaTi2(PO4)3/AC复合材料能够发挥出最大双重储能功效。 2.固相法成功制备Na2/3[Mn5/6Ni1/6]O2、 Na2/3[Mn3/4Ni1/4]O2、 Na2/3[Mn2/3Ni1/3]O2和Na2/3[Mn1/2Ni1/2]O2四种P2层状正极材料。XRD测试结果表明Na2/3[Mn1/2Ni1/2]O2材料含有Na0.91MnO2和NiO的杂相，其余三种均为纯相材料。SEM照片显示制备的四种材料都是多边形片层结构化合物。研究了这四种材料用作水系钠离子电池正极材料的电化学性能。电化学测试结果表明:Na2/3[Mn1/2Ni1/2]O2和Na2/3[Mn5/6Ni1/6]O2这两种材料的首次放电容量都不是很高，且循环性能都不是很好，第二次循环的充放电曲线均未出现平台，说明这两种材料在水系电解质溶液中不具备稳定脱嵌钠离子的能力;相对而言，Na2/3[Mn2/3Ni1/3]O2和Na2/3[Mn3/4Ni1/4]O2这两种材料具有较高的初始比容量，且第二次循环的充放电曲线均出现了平台，说明这两种材料仍然具有稳定的脱嵌钠离子的能力。 3.研究了Na2/3[Mn3/4Ni1/4]O2、Na2/3[Mn2/3Ni1/3]O2两种材料在水系电解液中的化学稳定性:Na2/3[Mn2/3Ni1/3]O2材料在溶液中浸泡前后XRD图谱发生较大变化，说明其在水溶液中晶相结构是不稳定的，而相对而言Na2/3[Mn3/4Ni1/4]O2材料在溶液中浸泡前后XRD图谱基本保持不变，说明其晶相结构是稳定的。后续实验就是在Na2/3[Mn3/4Ni1/4] O2材料基础上展开。研究了电解液中离子类型和浓度对Na2/3[Mn3/4Ni1/4]O2电化学性能的影响。在Na2SO4溶液中添加不同类型的离子对材料Na2/3[Mn3/4Ni1/4] O2的容量和循环性能有很大的影响，相比于其它离子的添加，锂离子的添加效果最佳，材料的首周充放电曲线仍然具有明显的充放电平台，且有较高的充放电容量。测试了材料Na2/3[Mn3/4Ni1/4] O2在不同Na+/Li+比例混合电解液的电化学性能，在Na2SO4/Li2SO4为2∶2的混合溶液中，由于Na+和Li+的协同作用达到最佳，Na2/3[Mn3/4Ni1/4] O2材料的离子脱嵌过程可逆性最好，容量也最高。研究了不同正负极质量配比的全电池，以便实现最佳的电化学性能。当正负极材料Na2/3[Mn3/4Ni1/4]O2与NaTi2(PO4)3质量比为1.3时，全电池可观测到的充放电容量最高。