储能电池具有能量密度高、循环寿命长、灵活方便且不受地理位置限制等优点,是目前最有发展潜力的储能技术之一。基于电解液种类的不同,储能电池可大致分为非水系和水系。考虑资源可持续性、成本以及安全性等,钠离子电池、水系钠离子电池以及水系锌离子电池等新型电池体系逐渐成为研究的热点。我们希望设计出能够容纳不同阳离子的多用途电极材料,且该电极材料在水系和非水系电池中均能保持较稳定的电化学活性。层状过渡金属氧化物具有可逆容量高以及过电位低等优势,另外锰元素具有丰度高、成本低、无毒和价态多等特点,因此层状钠锰氧化物在众多电极材料中备受青睐。层状Na2Mn3O7（Na4/7[□1/7Mn6/74+]O2,□代表锰空位）由钠层和[Mn3O7]∞-2过渡金属层交替堆垛构成,过渡金属层由共边的MnO6八面体形成且具有七分之一的锰空位,Na+分隔过渡金属层与氧形成两种不同配位多面体NaO6和NaO5。Na2Mn3O7属于三斜晶系（空间群为P1）,Mn的化合价为+4价,层间相互作用较弱有利于容纳阳离子在层与层之间扩散以及存储,可作为多种阳离子的插层宿主。本论文以Na2Mn3O7作为活性材料分别在（有机体系和水系）钠离子、水系锌离子电池等体系展开工作,并研究了 Ti或Cu取代Mn对Na2Mn3O7的晶体结构、形貌以及储钠性能的影响。具体研究内容如下:1.采用高温固相法合成了 Na2Mn3O7,研究了其作为钠离子电池正极材料的电化学性能和反应机理。在1.5～3 V vs.Na+/Na电压区间,低倍率C/20下可逆容量可以达到149.9 mAh g-1,在高倍率10 C下可逆容量仍有80 mAh g-1,且循环2800周后容量保持率高达93.4%,表现出优异的倍率性能和长循环稳定性。在循环过程中,Na2Mn3O7发生了两相反应和单相反应,电极材料基本保持晶体结构的完整性,这有利于实现电池的长循环寿命。2.通过惰性（Ti）或者活性（Cu）元素对Na2Mn3O7的Mn位进行取代,来减少电化学反应过程中Mn3+的Jahn-Teller效应带来的不利影响。采用固相法合成Ti取代的Na2TiMn2O7（简称NTMO）,Ti取代改变了材料的晶体结构,NTMO是层状相和隧道相的两相混合物。Mn/Ti的无序排列打破了 Na空位有序性,同时Ti取代减弱了Mn3+的Jahn-Teller畸变,抑制了锰离子溶解,提高了材料的循环稳定性。因此,NTMO不仅具有较宽的固溶反应电压范围,而且在低倍率下的循环性能也优于Na2Mn3O7。采用固相法合成Cu取代的Na2CuMn2O7（简称NCMO）,Cu取代未改变材料晶体结构但扩大了层间距,有利于Na+的脱嵌。Cu作为氧化还原活性元素具有较高的工作电位,Cu取代Mn使得材料中Mn的平均氧化态接近+4,不仅减少了充放电过程中由于Jahn-Teller效应而产生的晶格畸变,而且减少了受倍率影响的Mn氧化还原反应,从而提高了 Na+的输运性能。因此,NCMO不仅具有更高的平均电位,而且高倍率性能也明显优于Na2Mn3O7。3.初步研究了 Na2Mn3O7在水系钠离子电池和水系锌离子电池中的电化学行为。研究表明在-1.0～0 Vvs.SCE（1.95～2.95 Vvs.Na+/Na）电压区间,Na2Mn3O7 在中性 1 M Na2SO4溶液中发生不可逆相变失去电化学活性。在强碱性1 M NaOH+1 M Na2SO4溶液或2 M NaOH溶液或5 M NaOH溶液中,首周负扫过程中由于H+的过嵌入导致Na+释放,Na2Mn3O7材料经首周扫描后转变为Mn3O4,随后的扫描过程中Mn3O4可实现可逆的Na+嵌/脱。在此基础上,进一步比较了 Na2Mn3O7在不同水系锌离子电解液中的电化学性能。在1.0～1.8 Vvs.Zn2+/Zn的电压区间,在3 MZn（CF3SO3）2电解液中,Na2Mn3O7循环性能优于相应在2 M ZnSO4中的循环性能;在2 M ZnSO4电解液中,Na2Mn3O7的容量远高于在3 M Zn（CF3SO3）2中的容量。此外,比较了材料晶体结构对材料循环性能的影响。在相同电解液中,由于层状和隧道结构的协同效应,层状-隧道复合结构NTMO的循环稳定性远优于层状结构Na2Mn3O7和隧道结构Na0.44MnO2。