随着全球对能源的需求越来越迫切、传统化石燃料的过度消耗及在其使用过程中产生的环境污染问题,新型绿色可再生能源的开发和存储越来越重要。其中,在能量密度和循环寿命上占优势的锂离子电池在便携电子设备和混合电动汽车中获得了广泛应用。然而,有限的锂资源势必会增加锂离子电池的生产成本,不利于其未来的大规模应用。钠在地球上拥有丰富的储量,与锂的物理化学性质相似,且与锂离子电池相比钠离子电池更加稳定安全。因此,开发成本较低的钠离子电池来代替价格昂贵的锂离子电池是一个合理且有前景的发展方向。钠超离子导体结构的磷酸钛钠材料具有开放的晶体框架、宽敞的离子扩散通道、较高的理论容量和热稳定性等优点被认为是一种有应用潜力的钠离子电池电极材料。然而,较低的电子电导率使磷酸钛钠材料的循环能力差、高倍率性能不理想。因此,采用有效的方法提高磷酸钛钠材料的导电性是解决其电化学性能差的问题的关键。本文以磷酸钛钠为研究对象,采用一种简便可控的合成方法制备了碳包覆磷酸钛钠介孔微米花材料,利用先进的测试方法对这一材料进行了物相和结构表征。将该材料作为活性物质组装成钠离子半电池,测试了碳包覆磷酸钛钠介孔微米花材料的电化学性能。此外,还利用原位X射线衍射表征技术揭示了该电极材料在充放电过程中的电化学反应机理和结构变化。取得的主要研究结果如下:（1）通过水热反应和后期热处理,合成了碳包覆磷酸钛钠介孔微米花材料,并利用X射线衍射、化学分析用电子能谱、扫描/透射电子显微镜等测试手段对所制备的材料进行了物相和结构表征,分析了这种独特分级介孔结构具有的优势。（2）该电极材料具有出色的高倍率性能和超长的循环稳定性。在20 C(1C=133 mA g^-1)的高倍率下,该材料的初始比容量能够达到110 mA h g^-1,稳定循环10000次后容量保持率达到77.3%。甚至在100 C的超高倍率下,该材料仍可以提供95 mA h g^-1的可逆比容量,完成一次充电或放电过程只需要36秒钟。（3）恒流充放电过程中的原位X射线衍射测试结果表明,钠离子在该材料中的嵌入/脱出过程是高度可逆的两相电化学反应过程。对比发现,这种独特的分级介孔结构具有更快的电化学反应动力学。（4）该材料表现出优异的电化学性能是由于（1）独特的分级介孔结构不仅增加了磷酸钛钠纳米晶体与电解液的有效接触面积,而且缩短了电荷传输路径;（2）三维碳骨架大大提高了磷酸钛钠电极材料的电子电导率,使其具有快速的电子传输能力,且对结构稳定起到了支撑作用。