伴随着电动汽车、智能电网和大规模能源存储器件等的快速发展,人们对高能量密度的可充电电池体系的需求不断加大。目前锂离子电池的比能量密度已接近理论极限,迫切需要开发新型多电子反应的电池体系来提高电池能量。铝作为地球储量第三的丰富元素,具有轻的原子质量和三价的氧化态,被认为是非常具有潜力的电化学储能系统的金属负极之一。基于三电子反应的铝基电池体系由于具有储量丰富、高的能量密度、优异的安全性能等优势,近几年来受到了国内外科研工作者的广泛关注。然而由于AlCl4-阴离子半径远大于锂离子的半径,影响离子嵌入数量,而且可用于锂离子电池的脱嵌型正极材料大都无法实现AlCl4-阴离子的可逆脱嵌。其次Al3+在固相扩散时需克服的静电力较大,阻碍其在正极材料中的固相扩散。上述两类问题造成了铝离子电池的能量密度低,阻碍了铝离子电池的实用化。铝硫电池体系拥有高的理论比容量,但由于其放电产物AlSx反应活性低很难被氧化等原因造成铝硫电池循环性能差。实现铝硫电池室温下高容量可逆充放电仍然是巨大的挑战。本文以开发具有高能量密度的可充电铝电池为研究目的,利用中间反应媒介获得了在室温下高容量、高效率的充放电的铝硫电池,设计、制备了新型的高比容量的铝离子正极材料,研究其反应机理,为高能量密度、长循环寿命铝基电池的设计提供科学依据。取得的主要研究成果如下:（一）获得了在室温下可逆充放电的高比容量铝硫电池。针对室温下铝硫电池放电产物硫化铝（AlSx）难氧化的问题,提出了在电解液中引入双（五甲基环戊二烯）镍（Bis（pentaMethlcyclopentadienyl）nickel,NiCP）电对作为电荷传输媒介来间接氧化AlSx的思路。在放电过程中铝与硫发生反应生成AlSx。充电过程中首先NiCP被氧化成NiC P+,之后NiC P+化学氧化AISx。首次实现室温下硫含量达到88 wt%的铝硫电池的可逆充放电,可逆比容量为1485.6 mAh g-1,硫含量为其他文献报道最高值的两倍,表现出极大的实用化前景。通过对比加入NiCP前后相同电池的恒流充放电性能,及充放电后产物的结构表征,验证了我们提出的反应机理。随离子液体电解液中NiCP含量的增加,充电平台降低。设计制备了单壁碳纳米管修饰隔膜,有利于降低电池极化。该方法也适用于其他多电子金属硫电池体系,为开发高比能量密度的金属硫电池体系研究提供了新的思路。（二）以α-MnO2、β-MnO2为水系铝离子电池正极材料,探究MnO2的充放电反应机制,实现了高的可逆比容量,指出MnO2作为铝二次电池正极材料的可行性,通过改变电池电极系统,降低副反应的发生,提高电池反应效率,提高循环稳定性。β-MnO2正极的循环稳定性优于α-MnO2。三电极系统性能测试优于两电极系统。以β-MnO2为活性材料,在30 mA g-1的电流密度下,首次放电比容量高达643.6 mAh g-1,电压平台稳定于0.59 V,第二次放电电压平台稳定于0.75 V附近。在150 mA g-1电流密度条件下,循环150次,比容量依然保持在210 mAh g-1以上。本章工作首次将MnO2应用于水系铝二次电池,通过电池系统的构筑,获得了高比能水系铝离子电池,为高容量水系铝离子电池正极材料的设计提供参考。