近年来,由于便携式电子设备和电动车辆市场需求的急剧增长,新型二次电池技术在储能领域受到越来越广泛的关注。金属铝凭借其固有的安全性,无毒和高丰度使铝离子电池成为该领域的研究热点。但可充电铝离子电池的开发仍面临诸多挑战,例如电极材料的分解,负极表面钝化膜的形成以及电池密封性差等。这些问题严重影响了材料的能量密度,倍率性能和长循环稳定性。因此,开发新型的高性能正极材料,充分揭示其电化学反应机理以进一步提高电化学性能是铝离子电池体系未来的研究重点。本论文基于AlCl3/[EMIm]Cl离子液体电解质,对所合成的一维棒状结构FeSe2基正极材料、过渡金属硫化物MS2（M=Fe,Co,Ni）正极材料进行了详细的性能测试及机理探索。主要研究内容如下:（1）过渡金属硒化物具有远高于碳基材料的比容量,并且可能具备较高的放电电位。基于此,本文制备了一种一维棒状结构FeSe2基正极材料。测试结果显示,该材料的放电平台高达1.84 V,是极具高能量密度潜质的铝离子电池正极材料。此外,通过多种原位及非原位测试技术与第一性原理计算相结合的方法,首次证实FeSe2//Al电池内部电荷存储机制涉及多种阴、阳离子(Cl-,AlCl4-,Al3+)的氧化还原反应,这一发现突破了研究人员对传统铝离子电池储能机制的认知。重要的是,该工作还利用原位磁性监测技术首次在铝离子电池体系中观测到自旋极化表面电容现象,证实Al3+也可以作为电荷补偿与电子形成空间电荷区。这些关键发现有助于更全面地理解铝离子电池内部的储能机理,为重新思考设计和制备高性能铝电正极材料的关键规则打开了大门。（2）过渡金属硫化物的储能机制极其复杂并且尚未被完全理解。本文对过渡金属硫化物MS2（M=Fe,Co,Ni）的储铝反应机理进行了深入研究,并力图对其储铝机制进行规律性的认识。通过多种非原位表征手段,证实这三种正极材料的能量存储均是通过Al3+在宿主材料晶格中的嵌入脱出来实现,过程均伴随硫离子的氧化还原。但区别在于,CoS2正极在充放电循环过程中还发生Co2+～Co3+的价态转变,而FeS2和NiS2中的Fe、Ni却未发生变价。为了解决这一科学问题,我们进一步借助密度泛函理论（DFT）计算对机理产生差异性的本质原因进行了系统地阐明,进而对过渡金属硫族化合物的储能规律作了总结与讨论。这项工作有助于深入理解过渡金属硫族化合物的内在储铝机理,并为高性能铝离子电池正极材料的筛选及设计提供理论指导。