水溶液锂离子电池由于其高安全性、环境友好和价格低廉等优点,被认为是大规模储能电源的理想选择。然而水溶液电解液的热力学稳定窗口只有1.23 V,高电压下极易发生H2/O2的析出副反应,严重限制了电极材料的选择范围;此外,大部分电极材料在水溶液中存在溶解流失及结构不稳定等问题;这导致目前报道的水系电池的工作电压和能量密度较低,循环稳定性也不尽如人意。因此,本论文提出采用高浓度电解液体系,开发高比能和长寿命的水溶液锂离子电池。一方面,得益于高浓度电解液的同离子效应,可以抑制电极材料的溶解流失,维持循环过程中的结构稳定性;另一方面,高浓度电解液由于其独特的溶剂化结构和SEI成膜机制,可以拓宽水溶液锂离子电池电解液的电化学窗口,从而构建高电压、高能量密度的水溶液锂离子电池。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）钒基材料具有多种氧化价态(V3+/4+/5+)和高的理论比容量,是最具有吸引力的电极材料之一,但是其在水溶液电池中极易发生溶解而无法稳定工作。我们采用溶胶凝胶法和水热法分别合成了Li VOPO4正极和VO2负极,并研究了其在不同浓度水溶液电解液中的电化学行为。在1 m Li TFSI电解液中由于材料存在溶解流失,容量快速衰减。而采用20 m Li TFSI高浓度电解液,材料的溶解现象得到了明显的抑制,Li VOPO4正极和VO2负极可分别给出128 m Ah g-1和137m Ah g-1的可逆首周比容量,且循环过程中没有明显的容量衰减。这是因为高浓度电解液特殊的溶剂化结构,电解液中几乎不存在游离的水分子,从而抑制电极材料的溶解;而且锂盐浓度的增加也可减少活性材料的溶解,基于同离子效应。此外,高浓度电解液可以减少水分子的活性,而且锂盐TFSI可以还原分解形成SEI膜,这可以拓宽电解液的窗口,减少析氢和析氧副反应,从而提高电极材料在水溶液电池中的循环稳定性。（2）将Li VOPO4正极、VO2负极和20 m Li TFSI电解液组装成水溶液锂离子全电池,该电池的工作电位为1.4 V,能量密度高达84 Wh kg-1,在100 m A g-1的电流密度下循环1000周的容量保持率为84%。此外,得益于高浓度电解液较宽的液程,该电池可在-20℃至80℃之间稳定工作。例如,在-20、-5、25和80℃下的可逆容量分别为55.8、100.7、129.0和130.9 m Ah g-1,且都能维持稳定的循环,前50周几乎没有容量衰减。（3）为了进一步提高水溶液锂离子电池的电压和能量密度,我们在水系电解液中加入少量有机溶剂GBL,配制了一种非水/水混合高浓度电解液体系（Li TFSI·1.4H2O·0.6GBL）。该有机溶剂的加入可以促进溶解更多的锂盐,并有助于形成有机钝化膜,从而进一步拓宽电解液的电化学窗口。实验结果表明,Li Mn2O4正极和Li4Ti5O12负极在该电解液中表现出优异的电化学兼容性和可逆循环能力。据此组装的全电池,在5 C的电流密度下,可放出137.4 m Ah g-1的比容量,平均放电电压平台在2.4 V,且400周充放电循环后容量保持率为84%。（4）鉴于非水/水混合高浓度电解液（Li TFSI·1.4H2O·0.6GBL）的电化学稳定性,我们进一步探究了Li Mn2O4正极和Li4Ti5O12负极在该电解液中的循环稳定性改善机制。实验研究表明,一方面TFSI阴离子可以在正负极表面分解,生成富含Li F的无机类SEI组分;另一方面,GBL的加入,可以辅助生成均匀致密的疏水性聚合物类SEI组分,从而大幅提高电极材料与水溶液的界面稳定性,进一步拓宽水溶液的电化学窗口,并提高水系电池的循环稳定性。