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由于铝金属具有自然资源丰富、成本低,能量密度高、安全性高和无毒等一系列特性,在可充电二次电池中,被认为是缓解锂电池部分资源短缺的潜在候选材料。目前,铝离子电池面临的主要挑战是高能量密度、长循环寿命正极材料的开发。硒材料的理论比容量较高,与金属铝负极组成的铝-硒电池,理论比容量高达1357 mAhg-1。本论文以硒基材料作为铝离子电池正极,采用凝胶固体电解质、有序介孔碳(CMK-3)改性隔膜、碳材料包覆等措施,以有效控制中间产物在电解液中溶解、阻隔中间产物迁移等角度出发,改善了中间产物溶解带来的容量衰减问题,取得的主要成果及进展如下:(1)针对铝电池硒纳米线正极材料的电化学研究,发现铝-硒电池具有较高的两对充放电平台,在200mA g-1电流密度下首圈放电比容量为267mA hg-1,循环100圈后的放电比容量衰减至32 mA hg-1,相应的容量保持率仅为11.9%,存在比较严重的容量衰减。通过研究硒正极材料在不同充放电状态中的价态变化,明晰了铝-硒电池的储能机理:发现当充电至1.77 V时,Se应该是被氧化为Se22+;充电至2.2 V时,出现了 Se4+。而在放电过程中,放电至1.76V时,还有Se4+存在;放电至1.19V时,Se4+被还原为Se22+;最后放电至0.01V时,Se22+被还原成单质Se。结合热力学计算总结出铝-硒电池可能的总反应为:3 Se+7Al2Cl7-(?)4Al+3 SeCl3AlCl4+7AlCl4-。此外,电池产生容量衰减的原因可能是充放电过程中正极产物(Se2Cl2和SeCl4)的溶解。(2)由于离子液体电解液中铝-硒电池存在衰减现象,采用了凝胶聚合物固体电解质构建了铝-硒电池。通过研究发现凝胶固体电解质铝-硒电池在搁置状态下比较稳定、自放电低、具有较明显的充放电平台。其在200 mA g-1电流密度下首圈放电比容量为386 mA h g-1,循环100圈后电池比容量衰减至79 mA h g-1,相应的容量保持率从11.9%提高至20.5%。(3)为了进一步提高铝-硒电池的充放电性能和循环稳定性,设计并制备了有序介孔碳CMK-3改性隔膜。通过研究发现使用改性隔膜后,铝-硒电池在1000 mA g-1电流密度下比容量达到1009 mA h g-1,循环500圈后比容量还保持在270mAhg-1,相应的容量保持率还保留有26.8%。结果表明,改性隔膜能有效提高铝-硒电池的比容量,缓解铝-硒电池的容量衰减,CMK-3改性隔膜能阻隔充放电过程中产物溶解进入负极,抑制可溶性氯硒化合物引起的穿梭效应,同时吸附中间产物作为第二电极参与反应,实现更有效的活性物质利用率。(4)此外,以有序介孔碳CMK-3为载体,在400℃和600℃下采用热熔融灌注法成功制备了 Se@CMK-3-400和Se@CMK-3-600复合材料,复合材料中硒的质量百分含量分别为71.20%和64.53%。作为铝电池正极材料,600℃下的复合物展现了较好的循环稳定性。采用Se@CMK-3-600为正极的铝-硒电池初始放电比容量被提高到540 mA hg-1,循环100圈后,放电比容量稳定在115 mA h g-1,相应的容量保持率为21.3%。之后,将改性隔膜运用到Se@CMK-3-600铝-硒电池中,实现双重保护。采用Se@CMK-3-600为正极的铝-硒电池初始放电比容量被提高到1295 mA h g-1(电流密度为1000 mA g-1),循环400圈后电池的比容量还保留有651 mAhg-1,相应的容量保持率达到50.3%。综合对比发现,双重保护效果最好,有效提高了铝-硒电池的电化学性能。(5)针对铝电池VSe2过渡金属硒化物正极材料的电化学研究发现,该电池具有1.2和0.6 V的工作电压,首圈放电比容量为656.3 mAhg-1,循环100圈后放电比容量衰减至50 mA h g-1,库仑效率稳定在94%。结果表明,硒化钒与硒正极材料性能相似,也存在比容量衰减。通过对反应前后正极活性物质的X射线光电子能谱(XPS)表征分析,确定了电池反应电化学储能机理:在充电过程中,正极材料中的Se2-失去2个电子被氧化生成Se,V4+被氧化为V5+。放电过程中,n个Se得到电子可能生成Sen2-,V5+得到一个电子生成V4+。由于过程中发生了不可逆副反应,因此产生了电池容量衰减的现象。