钾离子电池电极材料的研究中,钛基负极材料具有化学性质稳定、体积膨胀小、低毒、原料储存广、无污染等优点,被广泛认为是一类极具潜力的钾离子电池负极材料。尽管钛基材料有很多优点,但其导电性差及离子在该材料中扩散率低的缺点很大程度上影响了钾离子在钛基材料中的嵌入脱出速率。针对上述科学问题,我们从材料设计角度出发,深入到晶体结构与元素调控层面,制备获得在空气中结构稳定且储钾能力良好的钛基负极材料。首先,我们选择引入Ti O6八面体配位结构,在此八面体结构中随着Li离子的嵌入,Ti-O键的长度会随着Ti离子价态降低而增加,使层状材料在电池充放电过程中结构不会被破坏,并以此为基础制备获得了纤铁矿结构层状材料K0.8Li0.23Ti1.73O4。随后通过放置实验验证了该材料在空气与水分环境中的结构稳定性。虽然对通过Li的掺杂使材料具有更强的储钾能力,但由于在钾离子脱嵌过程中Li离子会从八面体中脱出进入层间阻碍K离子的嵌入导致材料循环稳定性不够理想。因此,接下来我们改用Mg对Ti位置进行部分取代,制备获得另一种钛基纤铁矿结构负极材料K0.8Mg0.4Ti1.6O4,通过少量的Mg掺杂来降低材料的转移电阻,提高材料的导电性。同时,利用Mg离子相较于Li离子来说更不容易从八面体结构中脱离,提高材料在电化学过程中的结构稳定性,对电极材料的倍率与循环性能起到一定的改善作用,获得了比前者更高的可逆比容量与库伦效率,同时对反应机理进行深入分析,阐明性能提升的根本原因。本文的研究工作为钾离子电池负极材料的探索提供了新的思路与解决方案,并通过实验依据证明了该方案的可行性,为钾离子电池的探索与发展提供了的研究基础。