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锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、低维护费用等特点,实现了商业化生产,改善了人们的生活方式,但是锂资源的稀缺及分布不均等问题使其难以满足电动汽车及大型储能电网产业的需求,因此,开发新型储能体系成为当前研究热点。钠离子电池因与锂离子电池均为“摇椅式”工作原理引起了研究学者的广泛关注与研究。钠离子电池中的正极材料决定其整体能量密度、循环寿命以及安全性,但是正极材料研究进展缓慢,成为制约其发展的主要瓶颈。已有研究的材料中,层状锰基材料（NaxMnO2）因资源丰富、理论比容量高、环境友好、价格低廉以及易于制备等优势,成为钠离子正极材料的一大研究热点。其中,P2-NaxMn O2（0.5≤x≤0.8）因Na+传输通道短、Na+脱出/嵌入过程活化能垒低、循环过程体积变化小被认为是最具产业化前景的正极材料之一。然而,P2-NaxMn O2层状锰基材料在循环过程中产生的P2-O2相变、界面副反应及Na+/空位等问题使得该材料循环及倍率性能恶化,另外,P2-NaxMn O2材料首圈库伦效率较高不利于其在全电池中的应用。基于此,本文将采用离子掺杂及微观结构调控等方法对P2-NaxMn O2材料的性能进行改善研究。1、通过静电纺丝方法制备得到三维网状结构的P2-Na0.8Mn0.6Ni0.2Cu0.1Mg0.1O2（P2-Na MNCu Mg）材料。首先通过XPS测试分析发现Ni2+/Cu2+/Mg2+二价离子的共掺杂抑制了Mn3+的Jahn-Teller效应。通过对不同截止电压的电化学测试发现,当电压范围在1.5-4.0/4.2 V时,P2-Na MNCu Mg材料表现出较好的循环稳定性与倍率可逆性,但是当电压范围为1.5-4.4 V时,虽然首圈放电容量较高,但是随着循环圈数不断增加,其循环和倍率性能都会恶化。通过非原位XRD测试研究发现,Ni2+/Cu2+/Mg2+共掺杂与三维网状结构协同作用将材料的P2-O2相变电压推迟到4.2 V以后,同时经过非原位XPS测试发现Ni2+与Cu2+在充放电过程中发生氧化还原反应,提供了电荷补偿,进一步提供容量。另外,研究其电化学动力学发现,经过掺杂及微观结构调控后,材料具有更低的离子扩散能垒,更高的Na+迁移速率和较低的活化能等。通过静电纺丝方法制备得到的三维网状结构有利于提高材料的稳定性,促进Na+扩散速率。此外,得益于Ni2+/Cu2+/Mg2+共掺杂与三维网状结构的协同作用,P2-Na MNCu Mg材料具有良好的水/空气稳定性。当电压区间在1.5-4.2 V,电流密度在20 m A g-1时,P2-Na MNCu Mg材料的首圈库伦效率为113.8%,放电容量高达160.8 m Ah g-1。在500 mA g-1高电流密度,500圈长循环后容量保持率高达82.9%。此外,P2-Na MNCu Mg材料组装的全电池,在电流密度为500 m A g-1,电压区间为1.5-4.2 V时,功率密度高达1221.5 W kg-1。2、通过固态烧结法将Ni/Cu/Fe/Ti元素掺杂到P2-Na0.7Mn O2材料中Mn位上,F元素掺杂到O位上,最终得到了阴阳离子共掺杂的复合相结构P2/O3-Na0.7Mn0.4Ni0.3Cu0.1Fe0.1Ti0.1O1.95F0.05(P2/O3-Na Mn Ni Cu Fe Ti O1.95F0.05)材料。固态烧结过程中通过原位XRD探究了P2/O3相的生成机制,研究发现在495℃时会率先生成P2相,随着温度升高至700℃时出现O3相。对XRD结果进行精修后得到材料的P2:O3相比例为22.9%:77.1%,O3相的占比较多,其中P2相晶胞参数c=11.1971,O3相晶胞参数c=16.3719,c值越大,晶面间距也越大,越有利于Na+传递。通过原位XRD可以看出阴阳离子掺杂与P2/O3相协同作用抑制了P2-O2相变。通过非原位的XPS可以看出Mn/Ni/Fe均参与了氧化还原反应,为材料提供容量。得益于阴阳离子共掺杂及P2/O3复合相的协同机制,P2/O3-Na Mn Ni Cu Fe Ti O1.95F0.05材料在20 m A g-1时,首圈库伦效率为97.6%,首圈放电比容量高达131.5 m Ah g-1,在800 m A g-1电流密度下放电比容量高达86.7 m Ah g-1,并且该材料在低温和高温下,均表现出良好的循环稳定性。另外,材料在-10、10、30和50℃时,经过200圈循环后容量保持率分别为100.2、93.3、80.8和65.5%。P2/O3-Na Mn Ni Cu Fe Ti O1.95F0.05材料组装的全电池在1.0-4.2 V时能量密度高达395.02 Wh kg-1。