随着现代社会的飞速发展，构建全球能源互联网是解决能源危机的重要途经。其中大规模储能技术能够有效提高可再生能源的利用率，推动社会全面绿色转型以实现碳达峰碳中和目标。目前，锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长等优点，被广泛的应用在便携电子设备和动力电池中，然而锂资源的分布不均、价格昂贵等问题限制了锂离子电池在大规模储能系统中的应用。与锂电池具有相似工作原理的钠离子电池则由于钠资源的储量丰富、成本低廉，在大规模储能技术中有着广阔的发展前景。20世纪以来，关于钠离子电池的报道层出不穷，制备性能优异的正极材料仍然是钠离子电池实用化进程中的关键所在。在众多的正极材料中，过渡金属层状氧化物由于高比容量、可调控的电化学特性，受到了热切的关注。然而层状氧化物空气稳定性差、多相变的问题始终限制其在实际工业生产中的应用。因此，本论文主要围绕O3相层状氧化物正极材料，探索了体相掺杂和表面包覆对晶体结构的影响，就电化学性质和作用机理进行了系统分析，提出了简单有效的钠离子层状氧化物改性策略。1. O3相NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2材料的空气稳定性较差，在空气中放置30天后比容量由141 mAh g-1衰减到58 mAh g-1，材料的晶体结构遭到了严重的破坏。针对这一问题，我们采用共沉淀的方法用一部分的Al来取代体相中的Fe元素，在晶格中引入了更强的Al-O键来提高结构稳定性，从而抑制了活性材料与空气中CO2/水的副反应，颗粒表面生成的副产物减少。因此Al掺杂后的NaNi1/3Fe(1/3-0.01)Mn1/3Al0.01O2展现了较高的空气稳定性，放置30天后仍有131 mAh g-1的容量。同时Al掺杂也有利于循环性能的改善，NaNi1/3Fe(1/3-0.01)Mn1/3Al0.01O2在0.2 C下循环50周后容量保持率为85.88%，高于NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2材料的71.02%。此外对比固相法掺杂铝元素，共沉淀方法制备的材料具有更好的空气稳定性和循环性能，可以指导层状氧化物的改性设计，加速工业化进程。2. 为了进一步提高NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2的倍率性能，提出了表面包覆的改性策略，诱导体相掺杂结构生成的同时提高界面化学稳定性。通过一系列Al和Y包覆后材料的对比，发现3 wt% Y包覆后的NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2(NFM-Y3)展现了更好的倍率性能。即使在10 C的大倍率下，NFM-Y3仍有117.5 mAh g-1的容量。根据DFT理论计算可以得出Y由于较大的离子半径会进入钠层取代钠离子，强Y-O键的引入会大大增强晶体结构的稳定性，降低钠离子扩散势垒和提高O3-P3的相变能垒。同时包覆层可以抑制氧化物与空气的副反应来提高空气稳定性。NFM-Y3在空气中放置7天后具有130.4 mAh g-1的较高容量。Y包覆的双重功能有助于我们深入了解O3相层状氧化物的结构和界面化学性质，拓展其在钠离子电池中的实际应用。3. 在NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2基础上提高Ni含量和截止电压来获得更高能量密度的正极材料，合成的NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2在2.0-4.3 V区间内会经历多重相变，原位XRD显示其在充电末态会形成O3"相，其可逆性较差导致材料的循环性能不佳，在1 C循环200周后仅有12.56%的保持率。采用不同元素掺杂后发现掺杂阳离子势较小的元素有利于改善高电压下的不可逆相变，展现出较好的循环性能，比如NaCu0.10Ti0.15Ni0.35Fe0.1Mn0.30O2在1 C下循环200周后仍展现出123.4 mAh g-1的高容量。通过DFT理论计算后发现Cu、Ti掺杂后Ni-O键增强，提高了晶体结构稳定性。此外NaCu0.10Ti0.15Ni0.35Fe0.1Mn0.30O2也展现出良好的空气稳定性，在空气中放置7天后仍有151.2 mAh g-1的容量。阳离子势较小的元素掺杂方法的提出为高电压下不可逆相变的减缓提出了新的见解。4. 进一步提高NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O 的Ni含量合成NaNi0.5Mn0.5O2(NM)材料。针对NM材料在4.3 V电压下同样出现的多重相变问题，采用了Li、Ti共掺杂引入阳离子势较小的元素合成NaLi0.05Ni0.45Mn0.2Ti0.3O2，其表现出优异的循环性能，在1 C下具有175.5 mAh g-1的高容量，循环200周后仍容量保持率为73.10%，证实了上述阳离子势较小的元素掺杂的见解。以NaLi0.05Ni0.45Mn0.2Ti0.3O2为正极组装的全电池具有488.4 Wh kg-1的能量密度，应用前景十分广阔。