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金属钠是一种资源丰富、低成本、低标准电极电位的碱金属，利用金属钠作为负极的二次电池具有高能量密度、低成本的优势。其中高温金属钠硫电池、高温金属钠氯化镍电池电池已经取得到了一定的商业化应用，但是高的工作温度(300～350℃)，以及熔融金属钠带来的安全问题限制了这两种电池的大规模应用。近年来为了克服这些问题，研究人员开始研发可以在室温以及中低温下工作的金属钠基电池，这类工作的研究报道也逐年增加。但是，目前所开发的室温以及中低温金属钠电池仍然存在许多难以克服的问题，例如金属钠枝晶生成、金属钠与有机电解液发生副反应、金属钠与固态电解质浸润性差等问题。因此我们有必要开发新技术克服上述问题，以期发挥出金属钠低成本、低电位、高能量密度的优势。 本论文分为三个部分，第一部分是Na-Biphenyl-Ether液态负极材料的研究，第二部分是基于Na-Biphenyl-Ether液态负极的新型钠基二次电池研究，第三部分是全固态Na/O2电池以及电解液的探索研究。 本论文的第一部分，首先研究了Na-Biphenyl-Dimethoxyethane液态负极材料的基本物理化学性能。这种液态负极的制备方法是将金属钠与Biphenyl按1∶1的摩尔比溶解在Dimethoxyethane(DME)溶剂中。研究发现Na-Biphenyl-DME液态负极相对于金属钠的开路电位(OCV)为0.09 V vs.Na+/Na。我们通过电化学阻抗谱(EIS)对其电导率进行了研究，发现这种液态负极的电导率可以达到1.2×10-2 S cm-1，直流极化(ITIC)测试结果表明这种液态负极还是一种电子导体，其电子电导率可以达到8.4×10-3 S cm-1。低的电位以及高的电导率使得这个材料具备作为电极材料的潜力。另外，研究还发现Na-Biphenyl-DME与空气以及水反应时，没有氢气的生成，其反应剧烈程度远小于金属钠，说明这个材料在安全性上要高于金属钠。同时Na-Biphenyl-DME在固体电解质上能够完全铺展，具有良好的浸润性能。对其基本的物性有所了解之后，我们研究了Na-Biphenyl-DME的电化学性能。研究结果表明Na-Biphenyl分子可以进行0.92个Na离子的可逆脱出和结合，对应的比容量为140 mAh g-1（按Na-Biphenyl质量计算CT=151 mAh g-1）。为了保持溶液高的电导率，我们限制0.46个Na离子的可逆脱出和结合，对应的比容量为70 mAh g-1（按Na-Biphenyl质量计算）。值得指出的是，这个液态负极的电位是目前所有液流电池液态负极里最低的，溶解度和比容量也远高于目前所有的液流电池液态负极。所以这个液态负极是液流电池最佳备选材料。 为了进一步提高负极的容量，我们研究了将过量的金属钠棒置于Na-Biphenyl-DME溶液中作为负极的可行性，以期获得高的比容量。在这种构造中，Na-Biphenyl-DME溶液充当金属钠和固体电解质之间的界面润湿剂，其比容量决定于金属钠（1165 mAh g-1）。基于此我们研究了过量的金属钠棒置于Na-Biphenyl-DME溶液中的对称电池的电化学性能。通过充放电以及不同循环周次的电化学阻抗谱(EIS)研究结果表明这个电池能够进行稳定的循环，在充放电过程中内阻并没有增加。这说明了过量的金属钠棒置于Na-Biphenyl-DME溶液中并不会有导致其内阻增加的副反应发生。为了进一步验证这种负极的可行性，我们对比了浸泡在Na-Biphenyl-DME液态负极中的金属钠的表面拉曼光谱(Raman)和Na-Biphenyl-DME液态负极的拉曼光谱(Raman)，结果表明过量的金属钠能够长期稳定的浸泡在Na-Biphenyl-DME液态负极中，而不会有其它副反应发生。 接下来，考虑到DME的沸点(83℃)和闪点(20℃)都非常低，属于易燃易爆品，这对于电池的安全性来说是不利的。所以我们有必要研究具有更高沸点和闪点的溶剂来代替DME。在这里我们对比了二乙二醇二甲醚(DEGDME)、三乙二醇二甲醚（TRGDME）、四乙二醇二甲醚的(TEGDME)的沸点和闪点，其中TEGDME具有最高沸点(276℃)和闪点(141℃)。之后我们研究了不同溶剂的Na-Biphenyl-Ether液态负极的室温电导率，其中Na-Biphenyl-TEGDME的电导率为2.5×10-3 S cm-1。我们还对不同温度下的Na-Biphenyl-TEGDME电导率进行了测试，发现80℃时其电导率可以达到7.0×10-3 S cm-1，活化能为0.18 eV。同时我们也对Na-Biphenyl-TEGDME的空气稳定性及其对固体电解质的浸润性进行了测试，发现这个液态负极能在空气稳定较长时间(5 h)。 本论文的第二部分，利用Na-Biphenyl-DME液态负极作为标准负极，以Na-β"-Al2O3为固体电解质，探索研究了多种液态正极材料，希望能够找到具备长期循环稳定性的正极材料。我们重点研究了几种具有较高溶解度的物质的循环稳定性能。首先研究了易于获得的醌类物质的电化学性能，组装了Na-BP-DME| BASE| Quinone电池，研究发现苯醌(BQ)具有2.4 V的放电平台，比容量为300 mAh g-1，而且BQ在PC溶剂中的溶解度可达3 mol L-1。但是BQ在循环过程中并不稳定，随循环的进行其比容量衰减较快。之后对蒽醌(AQ)、苊醌(EQ)的电化学性能进行了研究，发现AQ在循环过程中能够进行稳定的循环，其放电平台为1.9V比容量为250 mAh g-1，但是AQ的溶解度却很低。通过对EQ的研究，结果表明这种物质在循环过程中也不能稳定循环。由于醌类物质的性能并不能达到预期的要求，我们有必要探索其它液态正极材料。接下来，我们研究了Na2S8-DMSO液态正极的电化学性能及其电导率和溶解度，研究发现Na2S8在DMSO中的溶解度可以达到1 mol L-1。电化学阻抗谱(EIS)的研究结果表明1 molL-1的Na2S8-DMSO的电导率为3.2×10-3S cm-1。我们组装了Na-BP-DME| BASE| Na2S8-DMSO电池，其开路电位为2.35 V,放电到1.8 V时放电比容量为180mAhg-1（均以Na2S8的质量计算）对应于S82-到S42-的反应。充电过程与放电过程相反，不同的是当充电到2.4V时S82-离子开始氧化为S单质。在1.8V到2.5V之间进行充放电的比容量为310 mAh g-1对应于S到S42-的可逆变化，平均电压为2.2 V。循环700周之后容量保持率为100％，说明Na2S8-DMSO液态正极可以进行稳定的循环。以Na-BP-TEGDME组装的Na-BP-TEGDME| BASE|Na2S8-DMSO电池循环了3500周之后容量保持率仍然为100％，进一步说明了Na2S8-DMSO液态正极的循环稳定性。我们还初步研究了以Na-BP-TEGDME为负极，Na2S8-DMSO为正极的液流电池的性能。 本论文的第三部分，研究了全固态Na/O2电池的电化学性能及其放电产物。文献报道以NaSO3CF3-TEGDME为电解液的Na/O2电池放电产物为NaO2，极化电压较低(0.25 V)。但是循环几周之后有机溶剂还是会受到O2-的攻击，导致比容量迅速衰减。本论文采用全固态的Na/O2电池来研究其电化学性质和放电产物。首先我们将金属钠贴合在固体电解质(NASICON)的一面，之后用石蜡将负极密封。然后再将KB/PTFE正极贴合在固体电解质的另一面，得到了全固态的Na/O2电池。充放电测试结果表明此电池可以在室温下工作，但是可逆性不好。我们将放完电的KB/PTFE正极进行了SEM、Mapping、 XRD系列表征。SEM测试结果表明放电产物为六棱柱装晶体，Mapping测试结果显示这种六棱柱状晶体的元素为Na和O且分布均匀，其比例为1∶1。XRD测试进一步表明了这种物质为Na2O2及其水合物。最后，我们还研究了NaAlCl4作为钠盐的有机电解液的电导率、电化学窗口以及金属钠在其中的循环性能。