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随着便携式电子设备、电动汽车的普及,以及人们对太阳能、风能、潮汐能等可再生能源在不同应用领域高度集成的要求,人们对高性价比、规模化的智能储能设备的需求与日俱增。与传统的金属离子电池在充放电过程中通过金属离子在正负极之间的穿梭（形象地称之为“摇椅式”）储能不同,双离子电池通过电解液中的阴阳离子在正负极中的嵌入/脱出来存储和释放能量。因此,双离子电池具有更高的工作电压和能量密度。选用石墨材料作正极可显著降低器件的材料成本,并展现出良好的环境友好性。本论文在系统调研相关文献报道的基础上,认真梳理了影响电池综合性能提升的关键因素,开展了通过优化正、负极材料及电极匹配提升双碳基钾双离子电池综合电化学性能和开发含水电解液提升双离子电池安全性的研究。本论文的主要内容如下:（1）介绍了双离子电池的研究背景和发展现状,归纳总结了双离子电池的工作原理、电极材料和电解液,阐述了本论文研究工作的意义。（2）对双离子电池的电极、电解液以及电池的组装方法,本论文涉及的材料的表征方法及电化学表征手段进行了简要的介绍。（3）以KS6为正极材料、6250目天然石墨为负极材料、溶解于碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯（体积比为1:1）溶剂的0.8 M六氟磷酸钾溶液为电解液组装了电池。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪（X-Ray Diffraction,XRD）对正、负极材料的形貌和结构进行表征。获得了在2.4-5.4 V宽电压窗口和1.0 C(100 mA g?1)电流密度下,首圈放电中压高达4.35 V的双碳基钾双离子电池;该电池的首圈可逆放电容量达54.6 mAh g?1;在400圈循环之后放电容量仍然保持有大约92.5%的初始放电容量,这相当于在每次循环过程中只有约0.019%的容量损失,展现出良好的循环稳定性能。同时通过元素分布、XRD和拉曼等测试手段对不同工作状态时双离子电池的正、负极材料进行表征,探究了其工作机理。（4）通过向双离子电池常用的有机溶剂碳酸二甲酯中引入不可燃溶剂水,得到混合水系/非水系电解液。燃烧实验证明了该电解液不可燃。基于密度泛函理论的第一性原理计算和拉曼实验测试表明该电解液中不含自由水。将该电解液与正、负极材料组装双离子电池,测试其电化学性能,发现安全混合水系/非水系双离子电池在0-3.2 V宽电压窗口和2.0 C(200 mA g?1)电流密度下,首圈的可逆放电容量达47.6 mAh g?1,并且在300圈循环之后仍然保持有29.6 mAh g?1的放电容量,显示出较好的循环稳定性能。需要指出的是,安全混合水系/非水系双离子电池的库伦效率高达93.9%,和有机电解液体系双离子电池的库伦效率相当。（5）对本文研究工作及相关研究成果进行了总结,并对双离子电池未来的发展进行了展望。