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锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和工作电势高等突出优点,已经成为电池市场的主流,并开始应用于驱动电动汽车。但随着锂离子电池的大规模应用,锂矿资源的有限性以及节节攀升的价格越来越为人们所担忧。由于铝金属资源丰富、分布广泛,每年开采量是锂的1000多倍,因此在价格因素比能量密度更为关键的应用上,比如电网储能等,铝离子电池被认为是锂离子电池的廉价替代品。此外,铝离子电池也被认为是下一代超高体积容量电池,铝能在氧化还原反应中传输三个电子,提供8046 mAh cm-3的体积比容量,大约为锂(2062 mAh cm-3)的四倍以及镁(3832mAhcm-3)的两倍。铝离子电池还兼备体积小、重量轻以及安全性高等优点,对于未来可持续发展的新能源储能领域,铝离子电池有广阔的应用前景。目前铝离子电池的发展主要受限于正极材料的电化学性能,如容量低、循环性差等,因此寻找电化学性能优越的新型铝离子电池正极材料且深入探索其电化学反应机理是该领域研究方向的重中之重。本文通过一系列物性分析和电化学测试手段对Li3VO4@C及Cu2-xSe材料的微观形貌、物相结构以及电化学性能进行研究,并使用各种非原位测试手段和理论计算探讨其电化学反应机理。主要内容如下:(1)本文采用喷雾干燥法以及热处理过程合成出介孔空心球形貌的Li3V04以及Li3VO4@C复合正极材料。Li3VO4@C电极表现出更为优越的电化学性能,首圈放电比容量为137 mAh g-1,循环100圈后放电比容量保持在48 mAh g-1,库伦效率为100%。这归因于Li3VO4@C复合材料结构的优越性,微球表面包覆的碳层能极大提升材料的导电性,并且介孔空心球的几何结构能增大电解液与电极材料的接触面积,减小离子扩散路径。此外,采用非原位表征手段和第一性原理计算证实了 Al/Li3VO4@C电池的电化学反应机理为Al3+从Li3VO4框架中的a位点可逆地嵌入和脱出。(2)本文通过简单的水蒸发法合成出一维Cu2-xSe纳米棒材料。Cu2-xSe电极展现出优越的循环性能和倍率性能,200mAg-1的高电流密度下,首圈充电比容量为241 mAh g-1,循环100圈后保持100 mAh g-1的可逆容量,库伦效率为96.1%,这归因于Cu2-xSe材料具有超高的电子电导率、更大的晶胞体积以及一维纳米结构。此外,各种非原位表征手段证实了 Al/Cu2-xSe电池的电化学反应机理为AlC14-离子从Cu2-xSe框架结构中可逆地嵌入/脱出,同时伴随着Al2C17-离子与AlC14-离子之间的相互转化。