锂离子电池由于其体积小、重量轻和能量密度高而被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车等领域,但由于全球锂资源匮乏且分布不均限制了锂离子电池的大规模发展。钠离子电池与锂离子电池相似,均基于摇椅式的电化学储能机制,此外,钠资源储量丰富且价格低廉,因而催生了一股钠离子电池的研发热。其中,开发具有稳定脱嵌钠离子结构的正负极材料成为国内外研究的重点和热点。钠离子电池正极材料中,过渡金属层状氧化物正极材料具有种类多样、能量密度高和结构稳定等优点,但是该类材料充放电过程中的相变机理、材料表面改性与组成调控方面的研究还有相当程度的空白。本论文中,我们主要对NaxMO2 （M=过渡金属元素）中的隧道型（T）、P2相和O3相三种构型的材料进行合成、改性以及电化学性能的研究,并探索了其中的构效关系。在第一章,我们介绍了钠离子电池的发展历程和工作原理,并对钠离子电池的电极材料进行分类概述。对正极材料,我们主要介绍过渡金属层状正极材料、磷酸盐和普鲁士蓝类似物。对负极材料,我们介绍了碳基材料、金属化合物和合金类负极材料。最后,概述了本论文的选题背景。在第二章,列出了本论文中涉及到的实验药品和实验设备,并介绍了钠离子电池半电池的组装工艺与测试流程。在第三章,论文使用丙烯酸热聚合的方法合成了 Na0.44MnO2,并利用Ni和 Mg 对 Mn 位掺杂得到了 Na0.44Mn1-xMxO2 (M=Ni,Mg;0 ≤ x≤0.44)系列样品。通过对电化学性能的对比和分析发现,对Mn位部分替换成Ni或者Mg都会影响到样品的形貌和结构,同时影响材料的电化学性能。Ni和Mg对Mn位的取代会带来充放电曲线的平滑并且提高了 Na0.44MnO2的容量,改善了电池的循环性能。其中在2.0-4.2 V的电压区间内,0.1 C倍率下,Na0.44Mn0.89Ni0.11O2和Na0.44Mn0.89Mg0.11O2的首次放电比容量分别为193 mAh g-1和188 mAh g-1,循环70次后的容量保持率可达74%和81%。在第四章,论文使用丙烯酸热聚合并结合固相法制备得到了P2-Na0.67Fe0.5Mn0.5O2和一系列对Fe和Mn位进行不同金属元素的等价不等价掺杂的P2相钠离子电池层状正极材料。Na0.67Fe0.5Mn0.5-xTixO2（x=0.05）正极材料具有190 mAh g-1的可逆比容量,且50次循环后仍有接近120 mAh g-1的可逆比容量,其优势在于制备过程简单,混料一步即可完成,不需要其他特殊的处理过程。对其他不同金属元素掺杂结果的分析表明,通过掺杂作为改善P2相钠离子电池正极材料的方法是切实可行的。在第五章,论文使用丙烯酸凝胶聚合的方法制备了 Na1-xCr1-xTixO2(x=0,0.03,0.05),其中Na//Na0.97Cr0.97Ti0.03O2具有非常高的库伦效率（首次高于96%）,并且在2.0-3.6 V的电化学窗口下,0.2 C的倍率下100次循环后只有4%的容量衰减,在32 C倍率下比容量高达110 mAh g-1。研究表明经过掺杂改性的NaCrO2是未来大规模储能电池极具潜力的正极材料。在第六章,我们使用丙烯酸热聚合的方法,以葡萄糖（GLU）作为碳源成功制备得到了碳包覆的NaCrO2。该方法制备得到的碳包覆NaCrO2具有优异的电化学性能:10% GLU样品在32 C倍率下可逆容量仍有110 mAh g-1。这种方法的优势在于制备过程简单,只需要将烧结得到的NaCrO2与GLU在研钵中加少量无水乙醇研磨,随后在惰性气氛下烧结即可得到颗粒尺寸较小的样品。我们还对柠檬酸（CA）、聚乙烯醇（PVA）和聚乙二醇（PEG）作为碳源进行了形貌和电化学性能的表征与测试,从侧面证明了使用此种方法进行碳包覆的可行性,并且阐明了对于同一电极材料,碳源的不同会导致电化学性能的差异。在第七章,论文采用直接共沉淀法获得普鲁士蓝类似物Na2Ni0.5Mn0.5Fe（CN）6前驱体,并通过烧结条件的探索和优化获得了 O3相的NaNi0.25Mn0.25Fe0.5O2。得到优异的电化学性能:可逆比容量高达130 mAh g-1,100次循环后容量保持率达到85%。其优势在于可实现Na+与过渡金属离子的共沉淀,不需后续混合。合成过程中采用微波辅助烧结的方法可以加速化学反应过程,减小了材料的颗粒尺寸,缩短了电子和Na+的扩散路径,进而提升了材料的倍率性能。在第八章,对本论文进行总结,盘点创新和不足,并对以后的研究工作做出展望。