电化学储能具有绿色、便携等优点,在人们生活中得到了广泛的应用,而水系镁离子电池相比目前商业应用的锂离子电池来说更加绿色环保、价格低廉、安全无污染,并且具有较高的能量密度,有望成为下一代重要的储能装置之一。而正极材料对镁离子电池能量密度影响的贡献最为显著,因此研发正极材料对水系镁离子电池的发展与应用是至关重要的。尖晶石结构锰氧化物作为一种重要的镁离子电池正极材料,自提出以来对其研究越来越受到研究者青睐。尖晶石MgMn₂O₄纳米材料因具有高电压平台、三维立体离子扩散通道等优点成为较为理想的镁离子电池正极材料之一。但是Jahn-Teller效应会导致MgMn₂O₄电极材料结构稳定性差,从而影响了电池体系的电化学循环稳定性;另外,MgMn₂O₄材料导电性较差,制约了镁离子在电极材料中的输运性能,影响了电池的倍率性能。上述两个问题都严重制约了MgMn₂O₄材料在水系镁离子电池中的发展与应用。因此改善MgMn₂O₄电极材料的结构稳定性以及提高其导电性至关重要。针对上述两个问题本文主要通过石墨烯包覆来提高电极材料的导电性,通过晶体结构调制（采用其它金属元素替代部分Mn元素）,来抑制材料的Jahn-Teller效应,进而提高电极材料的结构稳定性。首先,我们利用溶胶-凝胶方法制备了MgMn₂O₄纳米材料,并用氧化石墨烯对其进行包覆,进一步通过热处理方法获得包覆还原石墨烯的MgMn₂O₄纳米材料。利用XRD、SEM等表征其微结构及形貌。此外,对材料进行TEM测试来观察还原石墨烯包覆情况。然后将其作为水系镁离子电池正极材料进行电化学测试。研究发现,包覆石墨烯后显著提高了电极材料的导电性,并且提高了镁离子在电极材料与电解液表面的扩散系数。并且,包覆还原石墨烯的复合电极材料在50 mA g^-1的电流密度下放电比容量达到211.8 mAh g^-1,远高于纯MgMn₂O₄的放电比容量(131.4 mAh g^-1)。在1000 mA g^-1的电流密度下复合电极材料的放电比容量依然达到了141.8 mAh g^-1,是纯MgMn₂O₄放电比容量的1.72倍。随后,我们在MgMn₂O₄纳米材料中引入了Fe元素,利用其替代部分Mn元素以抑制Jahn-Teller效应,进而提高电极材料的结构稳定性。具体为,通过溶胶-凝胶的方法制备了MgFe_xMn_2-xO₄纳米材料,通过调节其中铁元素和锰元素的含量,研究其对MgFe_xMn_2-x-x O₄纳米材料电化学性能的影响。首先利用XRD、SEM对材料进行了微结构表征,随后利用N₂吸附对其孔隙分布以及比表面积进行了分析。通过电化学性能测试发现,引入铁元素后,不同的铁、锰含量对电极材料的电化学性能有显著的影响,并且发现当材料中铁元素与锰元素的摩尔比为2:1时具有最好的电化学性能。该比例的电极材料在1000 mA g^-1的电流密度下循环1000次后放电容量稳定在88.2 mAh g^-1,比纯MgMn₂O₄放电比容量高15.7 mAh g^-1。