钠离子电池具有原料来源丰富、成本低等优势,是目前最具有应用前景的储能体系之一。传统的钠离子电池负极硬碳材料具有较高的理论比容量,但也存在着循环稳定性较差、安全性低等问题。因此,寻求低成本、高性能和良好安全性的新钠电池负极材料就显得尤为重要。钛酸钠作为一种新型钠电负极材料,具有无毒、原料丰富和安全性好等优点,它的电化学性能与其晶相、结构、组成、形貌、尺度、维度、电极结构等密切相关。同时,这种材料具有离子扩散速度快、电化学反应活性高、导电性好等特点,与传统负极材料相比,具有更大的发展空间。本学位论文采用简单的水热合成法制备一系列新型的纳米结构钛酸盐,并考察了不同反应条件对钛酸盐的结构以及形貌所产生的影响。进一步,将其作为钠离子电池负极材料,以考察它们的电化学性能,并探索了钛酸盐电极材料的固有特性与其电化学性能之间的关系。1.以有机钛源为原料,采用PVP作为模板,通过简单的水热法制备了钛酸盐微米球前驱体,经过热处理后得到了由纳米粒子堆积而成的Na2Ti6O13钛酸盐微米球。这种分等级结构的Na2Ti6O13钛酸盐微米球首次被应用于钠离子电池负极材料,展示了较高的可逆容量和优异的循环稳定性。其优异的电化学性能可归因于Na2Ti6O13微米球所具有的多孔结构对电解液和钠离子扩散的促进作用,以及纳米结构粒子对离子扩散路径的缩短。2.利用原位合成方法,在钛片基底上一步合成了 Na2Ti7O15钛酸盐纳米片,通过调控反应时间得到了形貌均一的Na2Ti7O15纳米片,该纳米片的厚度为1-2nm。同时,首次直接将负载了 Na2Ti7O15纳米片的钛片作为钠离子电池的负极,展现出了良好的电化学性能。这可能是由于直接采用生长了 Na2Ti7O15纳米片的钛片作为电极,可以避免常规制备电极材料时加入粘结剂产生的不利影响,大大地提高整个电极的导电性,使得电子能够快速转移。同时,纳米结构的Na2Ti7O15电极材料可以缩短离子迁移的路径,提高离子扩散的速度。3.在原位合成Na2Ti7O15钛酸盐的反应体系下,采用多孔的钛网作为基底,通过调节反应条件,得到了具有纳米管状结构的Na2Ti7O15钛酸盐。所合成的Na2Ti7O15纳米管是非同心的多层结构,其长度约为2μm,内径3-5 nm,壁厚约为0..3-0.4 nm。同时,对比研究了不同的基底和形貌对Na2Ti7O15钛酸盐电化学性能的影响。研究结果发现,以多孔钛网为基底的Na2Ti7O15纳米管可展现出更高的可逆比容量和更好的循环稳定性,这可能是因为多孔钛网基底不仅提高了电极的导电性,其多孔特征更进一步为电解液的传输和扩散提供了广阔的空间。