钾离子电池有望作为锂离子电池的替代设备应用于大规模储能。碳材料因其化学稳定性高、导电性好等优点可作为一种良好的钾离子电池负极材料。本论文以钾离子电池用碳负极材料为研究对象,首先研究了碳材料的晶相结构调控和氮掺杂策略在实现大容量储钾中分别发挥的作用,然后发展了一种大容量高比能石墨化碳负极材料。具体研究内容为:1. 采用改进的St?ber方法合成了形貌一致的含氮和不含氮的两种酚醛树脂球,在不同温度下碳化制得氮掺杂和非氮掺杂的两种碳微球,以其为模型材料研究了碳材料晶相结构与氮掺杂对其储钾性能的影响。结果表明,所制备碳材料的储钾比容量与氮含量之间没有明显关系,而随着碳材料的（002）晶面尺寸（L_a）的增大而增大。动力学分析结果表明氮掺杂影响了钾离子扩散过程,从而改变了储钾机制,但总储钾容量仍然主要取决于L_a。由此,我们提出碳材料的钾离子存储性能主要由晶体结构决定而不是氮掺杂。本文中,L_a为8.32 nm的NCS-600呈现出较好的储钾比容量和倍率性能,在电流密度为25 m A g^-1下具有241 m Ah g^-1的可逆容量,且在100 m A g^-1下100次循环后比容量仍可达121 m Ah g^-1。2. 基于上一章中储钾比容量随着L_a的增大而增大这一结论,我们以商业化的碳分子筛（CMS）为前驱体,通过石墨化处理使其晶面得到充分生长,制得一种新型的石墨化碳材料（G-CMS）,系统研究了石墨化处理对材料结构的影响以及碳材料的储钾性能,并深入分析了材料结构变化对储钾机制的影响。与CMS相比,G-CMS的储钾比容量在25 m A g^-1下由208 m Ah g^-1提升至248 m Ah g^-1。尽管G-CMS已经石墨化,仍表现出良好的循环寿命,在100 m A g^-1下循环650次后仍有210 m Ah g^-1的比容量。此材料还表现出良好的倍率性能,在9 A g^-1下其充电比容量高达191 m Ah g^-1。动力学分析表明G-CMS的储钾主要是扩散控制的离子存储机制,而CMS以电容控制的离子存储机制为主。我们进一步利用原位拉曼光谱验证了两种材料不同的储钾机制,G-CMS的拉曼光谱可以观察到石墨插层化合物相变的过程,而CMS以离子吸附过程为主。由于G-CMS具有更低的放电平台和更高的储钾容量,这使得在以PTCDA为正极的钾离子全电池的能量密度与CMS全电池相比提升了14.7%。