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水系钠离子电池具有离子电导率高、安全不会自燃、原料价格低、组装条件要求低等优点。这种电池体系可以满足大规模储能的需求,受到研究人员越来越多的关注。NaTi2(PO4)3是一种具有钠超离子导体结构(NASICON)的材料,其内部三维开放的框架结构有利于Na+的扩散。NaTi2(PO4)3的充放电平台在-0.82 V(vs.Ag/AgCl)左右,具有132.8 mAh g-1的理论比容量,可作为水系钠离子电池的负极材料。但其较低的电子电导率使其倍率性能较差。为了提高材料的电化学性能,本文采用高导电率材料修饰以及材料表面氮化处理等方法,对NaTi2(PO4)3进行改性,并组装了不同体系的水系钠离子全电池。主要研究内容如下:(1)采用溶剂热法合成了纯相的NaTi2(PO4)3材料,再将其置于氨气气氛中煅烧,成功合成了TiN包覆的NaTi2(PO4)3。氮化过程不会改变NaTi2(PO4)3材料的晶体结构,但是部分Ti4+可以被还原成Ti3+,在材料表面形成一层无定型TiN层。经过氮化处理后,材料的电子电导率显著提高。通过调节氮化时间,我们合成了具有最佳氮化效果的NaTi2(PO4)3材料,并阐明了氮化过程对NaTi2(PO4)3材料的影响。与纯相的NaTi2(PO4)3材料相比,TiN修饰的NaTi2(PO4)3材料倍率性能有了提高,2 C电流密度下比容量可以达131.9 mAh g-1,循环100圈后依然有92 mAh g-1。(2)采用溶剂热法合成了纯相的NaTi2(PO4)3材料,再在其表面聚合了一层聚多巴胺,经高温煅烧合成了碳包覆的NaTi2(PO4)3材料,解决了纯相材料电子导电率低的问题。我们又采用液相沉淀法合成了正极材料Na2NiFe(CN)6,并组装了NaTi2(PO4)3-Na2NiFe(CN)6水系钠离子全电池。全电池的工作电压区间是0.21.6 V,首圈比容量为76 mAh g-1。循环1000圈后依然有74mAh g-1的比容量,表现出优异的循环稳定性。(3)合成了NaTi2(PO4)3负极材料和MnO2正极材料,分别研究了两种材料在Na2SO4、MgSO4以及Na2SO4-MgSO4混合水溶液中的电化学性能。结果表明,MnO2在含有Mg2+的电解液中具有非常优异的电化学性能,比容量可达100 mAh g-1左右。Na+和Mg2+可以同时可逆地从正极MnO2材料中嵌入/脱出,而负极NaTi2(PO4)3材料只能嵌入/脱出Na+。基于此,我们构建了水系钠镁混合离子电池体系,负极是碳包覆的NaTi2(PO4)3材料,正极是MnO2/CNTs复合材料,所使用的电解液是Na2SO4和MgSO4混合水溶液。全电池的工作电压在1.4 V左右,容量可达97 mAh g-1。