由于钠资源丰富且价格低廉,钠离子电池,包括有机系和水系,在储能领域可能是一种有前景的二次电池。然而,钠离子的半径（1.06?）较大,在一般的材料结构中无法快速且可逆脱嵌。对于水系电解液而言,水的理论分解电压窗口（1.23 V）较窄。这些都大大限制了钠离子电池电极材料的选择性,尤其是水系钠离子电池。因此,钠离子电池能否得到应用的关键在于找到合适电位且结构稳定的可逆脱嵌钠离子电极材料。本课题以P2型层状结构Na_0.67Ni_0.33Ti_0.67O₂和NASICON结构NaTi₂（PO₄）₃电极材料为主要研究对象。通过对Na_0.67Ni_0.33Ti_0.67O₂在Ti位进行少量Li掺杂和对NaTi₂（PO₄）₃进行三维碳结构复合,提高了电极材料的价态转换效率和电子导电性。在这两种电极材料的研究基础上,基于有机钠离子电解液和安全性较高的水系电解质体系,系统探索了几类钠离子储能电池。论文的主要研究内容和结果介绍如下:（1）基于NaNi_0.33Li_0.11Ti_0.56O₂的对称型有机系钠离子电池:采用Li少量掺杂Na_0.67Ni_0.33Ti_0.67O₂,得到一种新型的O3型层状化合物NaNi_0.33Li_0.11Ti_0.56O₂,通过锂离子的引入提高了Ni²⁺/Ni⁴⁺之间价态的转变效率,进而改善了NaNi_0.33Li_0.11Ti_0.56O₂电极材料作为正极的电化学性能。通过循环伏安曲线分析表明这种材料可以同时作为正极和负极,是一种双极性电极材料。通过非原位XRD阐述了NaNi_0.33Li_0.11Ti_0.56O₂电极材料的钠离子脱嵌机理。将NaNi_0.33Li_0.11Ti_0.56O₂电极材料分别作为正负极组装了一种新型的对称型有机系钠离子电池,其工作电压为3.1 V,能量密度为100 Wh kg^-1。（全文中电池的能量密度均以正负极活性物质质量计算）（2）基于NaTi₂（PO₄）₃和活性炭的水系钠离子电容电池:采用乙炔黑的点接触、石墨的面接触以及有机物PVA的球体表面包覆对NaTi₂（PO₄）₃进行三维碳结构复合。通过高温石墨化的方式处理,得到具有纳米多孔结构、比表面积较大的活性炭。将三维碳复合NaTi₂（PO₄）₃作为嵌钠负极,活性炭作为正极,获得一种新型的水系钠离子电容电池AC/NaTi₂（PO₄）₃,其工作电压为1.15 V,能量密度为31.5 Wh kg^-1,是AC/AC基水系钠离子电容器的近3倍,循环2000次后容量保持率仍能达到84.9%。通过胶体电解质代替水溶液,组装了胶体型AC/NaTi₂（PO₄）₃电容电池,有效地减少了水分解副反应,库伦效率得到显著提高。（3）基于NaTi₂（PO₄）₃和LiFePO₄的水系混合离子电池:通过溶胶-凝胶法制备了粒径均匀的、光滑球形的LiFePO₄/C复合材料,在水溶液中的放电比容量接近其理论比容量。分别研究了LiFePO₄和NaTi₂（PO₄）₃在锂钠混合水溶液中的离子脱嵌行为。将三维碳结构复合NaTi₂（PO₄）₃材料作为嵌钠负极,LiFePO₄/C复合材料作为嵌锂正极,获得一种新型的LiFePO₄/NaTi₂（PO₄）₃基水系锂钠混合离子电池,其放电电压平台为1.0 V,能量密度为55.8 Wh kg^-1。（4）基于NaTi₂（PO₄）₃和Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂的水系钠离子电池:制备了片状形貌、颗粒均匀的纯相P2型层状结构化合物系列Na_2/3Ni_xMn_1-xO₂,系统研究了该体系在水溶液中的电化学性能,详细分析了Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂的离子脱嵌反应机理。在硫酸钠溶液中引入锂离子,发现锂离子自发进入Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂层状结构中形成具有稳定晶体结构的[LiO₄]四面体,改善了Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂的循环稳定性。将三维碳复合NaTi₂（PO₄）₃材料与P2型Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂结合,获得了一种新的Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂/NaTi₂（PO₄）₃基水系钠离子电池,具有两个电压平台,分别为1.4 V和1.05 V,能量密度约为42.1 Wh kg^-1。