人们日益增长的美好生活需要离不开方便快捷的设备支持,其中锂离子电池作为便携式能源,在电化学储能应用中有着不可替代的作用。然而,锂离子电池发展所需的锂资源分布不均、资源匮乏且价格较贵,制约了锂离子电池的进一步发展。而与锂同一主族的钾元素,因其化学性质与锂相似但资源更丰富、成本更低,因而获得了科研工作人员的极大关注。但缺点在于钾离子半径更大,充放电循环时,K⁺反复脱出和嵌入造成的体积变化最终会恶化材料性能。但研究表明在电解液中K⁺与溶剂可能会形成较小半径的溶剂化离子,从而减小材料结构的变化,提高电化学性能。因此,本论文选择研究已商业化应用的石墨,系统研究了石墨在不同种类溶剂和不同浓度钾盐时钾离子电池的电化学性能。首先,对石墨粉末进行物相结构及形貌表征,测试表明石墨样品结晶性良好,层间距为3.36?,由大小不一的纳米片堆叠成5-20μm椭球形颗粒组成。该材料在锂离子电池中0.2C电流密度下实现了330 mAh g^-1的比容量,并且循环100周之后的容量保持率在97%。但是高倍率性能较差,10C下容量仅为25 mAh g^-1。其次,研究了石墨在碳酸酯类和醚类溶剂电解液中的钾离子电池性能。在传统KPF₆-EC/DMC中容量衰减较快,在1C下700周循环后比容量仅为17 mAh g^-1。而在KPF₆-DME中倍率性能优异,在0.5-10C倍率测试时比容量变化在82-94 mAh g^-1,变化量极小,10C高倍率下长循环3700周之后,比容量由94 mAh g^-1下降到74 mAh g^-1,优于当前所有报道的石墨储钾性能。两种电解液中石墨嵌钾机理不一致,在KPF₆-EC/DMC中存在阶结构变化,生成了KC₈和KC₂₄,而在KPF₆-DME中为K⁺-DME共嵌入,且石墨体积改变较小。同时在KPF₆-EC/DMC中石墨表面会生成疏松多孔的SEI膜,而在KPF₆-DME则几乎不生成SEI膜。最后,研究石墨在不同浓度KFSI-DME电解液中的钾离子电池电化学性能。低浓度3 M kg^-1在倍率小于2C时石墨的钾离子电池性能较差,而浓度为7 M kg^-1时循环稳定性能优异、比容量高,1C下循环200周比容量约为230 mAh g^-1,在2C下循环500周比容量为220 mAh g^-1,相比第50周224 mAh g^-1的比容量,其容量保持率在98.2%。通过GITT和CV测试证实在低浓度电解液与高浓度电解液存在不同的嵌钾机理,在3 M kg^-1时存在钾离子与溶剂共嵌入石墨的现象,但在高浓度5 M kg^-1和7 M kg^-1时为钾离子嵌入石墨,形成阶结构变化。以此表明在电解液中溶剂和钾盐浓度的合理选择对电池性能提高有极其重要的作用。