在碳中和与碳达峰的战略背景下,开发和利用可再生清洁能源以降低乃至完全取代传统化石能源的使用以缓解环境污染是当前备受关注的研究课题,而如何将从太阳能、风能、潮汐能等可再生能源中获取得到的大量能源有效转化和存储则是其中重要的研究分支之一。近年来,二次电池在规模化运用上不断取得进展,从锂离子电池到钠离子电池（初步实现商业化）,大规模的二次电池储能技术初具规模。已有的研究报道表明,在诸多类型的电极材料中,有机物电极材料,尤其是有机小分子材料有着较高的理论容量、资源储量大、提取过程简易、材料结构多样可调控和绿色环境友好等优点,是具有潜在应用价值的二次电池电极材料种类之一。然而和其他材料一样,有机物材料也存在着相应的研究瓶颈阻碍着这类材料的实际应用。首先,材料的有机本质决定了它们在现有的商业化有机系电解液中都或多或少的存在溶解的问题,活性材料大量溶解降低了材料的有效利用率,并造成电池容量的快速衰减;其次,对于在低电位窗口具有充放电平台的有机电极材料,受到广泛认同的反应机制是这些材料里活性官能团中不饱和键的类加成反应过程。整体而言这种机制可以解释大部分材料的反应行为,而在实际过程中往往需要结合具体的工况进行具体分析,明确的反应机理对于材料的研究和应用来说是至关重要的。基于以上分析,本文将研究主体放在应用于负极的有机物材料上,着重关注有机物材料在电池反应过程中存在的溶解问题和反应机理不明确的问题。通过对阴阳离子体系的构建来探究关于材料溶解问题的解决方法,此外,通过对材料在反应过程中形态、物种和性能等变化结合已有研究成果详细探讨了材料可能的反应历程。主要研究内容如下:1.采用质子交换法合成了一水合马来酸铜并用作锂离子电池负极材料,以铜离子作为成盐金属离子进行化合得到目标产物。简单烯烃共轭体系作为中心的阴离子基团保证了材料整体的反应活性,采取金属离子成盐的策略,牺牲端基活性位点和部分容量为代价引入铜离子,增强材料的极性以稳定材料结构和降低材料的溶解度。将材料组装成锂离子半电池进行测试时也得到了良好的循环性能和容量性能,在0.2 A g-1的电流密度循环200圈后依然保持了420.3 m Ah g-1的可逆容量。同时也通过原位XRD对首圈过程电极的形态和物相变化进行了分析,提出并解释了材料在反应过程中存在中间相态转化的可能性。2.为进一步提升材料的容量上限,将商品化的有机小分子马来酸直接应用作为锂离子电池的负极材料:在小电流密度(0.2 A g-1)下电池的循环性能与文献报道出现了出入,而提高电池的循环电流密度之后材料的循环容量和稳定性都有了很大改观,结合反应前后电极表面的形态和物种变化,发现表面的固态电解质界面（SEI）膜的成分的差异可能是原因之一,大电流下形成的连续的、富含无机锂盐的SEI提升了材料的循环稳定性和反应的可逆性,使得材料在大电流下多圈循环后仍然能够保持较高的可逆比容量(600圈后容量为730.5 m Ah g-1)。端基质子氢的保留带来的优异性能、反应前后电极表面形貌的改观以及电极主体结构中铜元素的富集指向了可能存在的化学腐蚀。简单的腐蚀测试表明:马来酸本征的酸性和腐蚀性使得它的NMP溶液对铜箔具有潜在的危害性。钛箔与腐蚀物的相关测试结果也证实了上述结论,结合实验重新解释了反应过程中马来酸的物相变化与电池循环过程。3.通过简单的离子交换法制备对苯二甲酸钙用作LIBs的负极材料:以具有大π键的对苯二甲酸根阴离子为中心配体,引入钙离子作为成盐金属离子,得到在电解液中低溶解度的块状Ca-MOF。苯环大π键的存在虽然使得中心基团的反应活性较其他不饱和基团略低,但稳定性得到了提升,钙离子在端基的取代有效地降低了材料在的电解液中的溶解度。Ca-MOF在LIBs负极上显现出优良的电化学性能,进一步地将其应用到SIBs上,在0.2 A g-1的电流密度下可达到235.2 m Ah g-1(理论值为263 m Ah g-1)的可逆比容量和良好的循环性能。综上所述,我们将通过离子的选择和调控合成了表现出不同性质的有机化合物或者商品化材料应用到锂离子电池上,都获得出了优良的电化学性能。也对材料产生的异常测试结果进行了进一步的探究和讨论,提出了相应的理论假设以更准确地描述和理解材料在电池循环中的反应过程,同时对材料在钠离子电池上的性能做了初步测试,为有机化合物在可充电离子电池电极材料上的发展和应用提供更多的参考。