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近年来,随着锂离子电池的广泛应用,锂资源日益短缺,因此亟需寻找有效替代品。与锂处于同一主族的钠元素资源充沛、分布广泛、价格低廉、物理化学性质与锂相似,这些优势使钠离子电池成为一种非常有发展前景的二次电池。在钠离子电池正极材料中,层状过渡金属氧化物P2-Na0.67Fe0.5Mn0.5O2拥有理论比容量高、能量密度高、成本低廉等优势,近年来成为钠离子电池正极材料的研究热点。然而该材料的结构稳定性和循环性能较差,亟待改进。因此,本研究提出新的络合体系,采用喷雾干燥法和溶胶-凝胶法制备出结晶度高、形貌良好的Na0.67Fe0.5Mn0.5O2材料,并采用V离子体相掺杂、制备复合电极两种方法进一步对该材料进行改性,从而提高其电化学性能。(1)以有机锰盐和铁盐为原材料,采用喷雾干燥法制备了 Na0.67Fe0.5Mn0.5O2正极材料。研究表明,以聚乙二醇为添加剂在850℃煅烧制备的样品呈空心球结构,空心球由数个六边形片状结构的P2-Na0.67Fe0.5Mn0.5O2颗粒组成。该样品0.1C倍率下的首次放电比容量为 202.3 mAh·g-1,在 0.1 C→0.2 C→0.5 C→1 C→2 C→0.1 C 倍率下依次循环10次(0.1 C循环5次)后的容量保持率为88.2%。(2)采用乙二胺四乙酸二钠为螯合剂,利用溶胶-凝胶法制备了 Na0.67Fe0.5Mn0.502正极材料,850℃煅烧制备的样品P2-Na0.67Fe0.5Mn0.5O2具有优异的电化学性能。与喷雾干燥法制备的样品相比,其纯度和结晶度更高,六边形片状颗粒分布更均匀。该样品在0.1 C倍率下的首次放电比容量高达240.0 mAh·g-1,与理论比容量260 mAh·g-1接近,甚至在4C倍率下仍具有放电比容量29.9 mAh·g-1。该样品在0.1 C→0.2 C→0.5 C→1 C→2 C→4 C→0.1 C倍率下依次循环10次(0.1 C循环5次)后容量保持率为88.4%,钠离子扩散系数约为1.94×10-10 cm2·s-1。(3)在溶胶-凝胶法制备Na0.67Fe0.5Mn0.5O2材料的研究基础上,通过掺杂高价钒离子对材料进行改性,V5+的存在可以增大晶粒尺寸、细化颗粒、提高钠离子在脱/嵌过程中的结构稳定性,改善电化学性能。掺杂比例i=0.02时,样品在0.1 C倍率下首次放电比容量为238.9 mAh·g-1,与理论比容量接近;在1C、2C、4C和6C倍率下首次放电比容量分别为114.2、80.0、48.4和20.4 mAh·g-1,较未掺杂样品均有明显提高。其钠离子扩散系数为3.92×10-10 cm2·s-1,优于未掺杂样品。(4)在惰性环境中将Na0.67Fe0.5Mn0.5O2和Na3V2(PO4)2F3/C两种正极材料均匀混合得到 xNa0.67Fe0.5Mn0.5O2-Na3V2(PO4)2F3/C 复合电极。与单一的 Na0.67Fe0.5Mn0.5O2 相比,复合电极放电初始电压和放电电压平台均得到提高,且提高幅度随着系数x的减小而增大。当x=3时复合电极的综合电化学性能最佳,该样品在0.1 C倍率下放电比容量为216.1 mAh·g-1,接近复合电极的理论比容量227 mAh·g-1。与单一的Na0.67Fe0.5Mn0.5O2相比,复合电极的倍率性能和循环性能更优,其4C、6C和8C倍率下放电比容量分别为51.3、30.1和14.5 mAh·g-1。与钒离子掺杂改性电极相比,复合电极在4 C和6 C倍率下放电比容量更高,甚至在8 C倍率下仍具有一定的充放电性能。该样品在1 C倍率下循环300次后放电曲线仍具有3.71 V初始放电电压,容量保持率较未复合样品提高16.1%。以上四种方式制备的材料均表现出良好的电化学性能,其中溶胶-凝胶法制备的最优样品首次放电比容量最接近理论比容量;钒掺杂改性可使得样品在小倍率下放电比容量无衰减的同时提高其大倍率下的放电比容量和循环稳定性;复合电极解决了Na0.67Fe0.5Mn0.5O2初始放电电压低问题,并且提高了该材料在大倍率下的放电比容量和循环稳定性,综合电化学性能最佳。