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高铁酸盐具有高的氧化还原电势、三个电子的转移能力以及无毒无害的产物。因此,高铁电池具有高电压、高容量以及绿色环保等优势。高铁酸盐电极材料的研究具有重要的理论意义和应用价值,已经引起了电池工作者的广泛关注。本论文针对目前高铁酸盐正极材料研究中仍存在的合成困难、稳定性差以及放电机制不明确等诸多问题进行了系统的研究。本论文采用次氯酸盐氧化法和利用置换反应分别制备了纯度大于97%的K2FeO4和纯度大于95%的BaFeO4固体粉末。使用XRD、SEM、FTIR、TG和XPS多种测试技术表征了其结构特征。结果表明,K2FeO4和BaFeO4同属于正交结构,空间群为Dn（Pnma）。晶胞参数分别为a=7.690（3）（?）,b=5.850（2）（?）,c=10.329（4）（?）和a=9.12175（?）,b=5.46235（?）,c=7.32645（?）。Fe2p电子结合能分别为712.10 eV和712.4 eV。干燥的K2FeO4和BaFeO4粉末分别在130℃和160℃以上发生热分解反应,产物均为Fe（Ⅲ）氧化物。这些热力学数据为高铁酸盐的合成、储存和表征提供了依据。采用溶剂挥发法培养了K2FeO4单晶并利用CCD技术研究了K2FeO4单晶的通道结构,并探索了以K2FeO4为正极材料的锂离子二次电池的电化学性能。CCD结果表明,FeO42-离子具有正四面体结构,对称性为Td点群。Fe-O共价键键长为1.647（4）（?）,O-Fe-O键角为109.15°。分子晶胞图显示了在K2FeO4晶胞的a和b方向上存在着半径为0.93（?）的一维通道结构,这些通道有利于锂离子（半径为0.76（?））在K2FeO4中的脱嵌。电化学测试结果表明,K2FeO4阴极的首次放电过程可以描述为两个不同的过程,首先是当放电到1.0V时,一个锂离子的各向异性的嵌入过程;另一个是放电到0.5V时,两个锂离子各向同性的嵌入过程。K2FeO4阴极展示了高的放电比容量大约为400 mAh/g,以及前20周良好的循环性能（380 mAh/g）。循环过程中对K2FeO4的结构变化的研究验证了K2FeO4阴极的结晶度的持续降低是高铁锂离子二次电池循环性能衰减的主要原因。论文研究了以K2FeO4和BaFeO4为正极材料,以Zn、MH和TiB2为负极材料的高铁一次性碱性电池的电化学性能。K2FeO4/Zn碱性电池展示了K2FeO4阴极优越的容量优势,尤其是以9 M KOH为电解液,在0.4 C的电流密度下,1.0 V以上比容量达到了521.3 mAh/g。研究表明,Zn和MH负极材料在放电过程中产生的H2严重影响了高铁阴极的稳定性。K2FeO4在电解液的溶解和分解反应是K2FeO4碱性电池容量损失和自放电性能差的主要原因。K2FeO4/TiB2碱性电池表现了良好的容量优势,1.0 V以上放电比容量达到了220 mAh/g（以正负极活性物质总质量计算）。实际放电容量已接近MnO2/Zn碱性电池的理论比容量223.9mAh/g（以正负极活性物质总质量计算）。相比较于K2FeO4阴极,BaFeO4碱性电池的放电比容量较小,放电电压平台低。研究结果表明,BaFeO4较大的内阻和放电过程中产生的不溶钡盐是造成这一现象的主要原因。采用溶液铸膜法制备了PVA/PAA-KOH-H2O复合碱性固态电解质膜,并以K2FeO4为正极材料,Zn为负极材料,组成高铁碱性固态电池。研究结果表明,PVA/PAA-KOH-H2O碱性固态电解质膜电导率为3.5×10-2S/cm,电化学窗口为3.4 V。电化学性能研究表明K2FeO4-Zn碱性固态电池以0.4 C倍率放电1.0 V以上放电比容量达到220 mAh/g。使用多种添加剂改性碱性固态高铁电池的研究结果表明,5%KMnO4改变了K2FeO4正极的放电过程,在放电过程中起电催化作用。5%NaBiO3改善了K2FeO4正极的放电效率（92.9%）,比未添加时提高34%左右。5%SrTiO3提高了K2FeO4正极的放电效率（84.7%）,比未添加改性时提高26%,放电容量为344.0 mAh/g。NaBiO3和碱土金属钛酸盐一方面有效抑制K2FeO4因溶解造成的容量损失,另一方面减小了放电过程中的电化学极化,有效改善了传质传荷过程,从而提高了K2FeO4正极的放电效率。论文研究了高铁酸根在碱性溶液中的电化学还原机理。使用线性扫描法和取样电流伏安法测试并计算了总电子数为3的高铁酸根的电化学还原反应。结果表明,FeO42-离子的电化学还原反应为完全不可逆反应,该反应包含两个分步反应,分别发生在电位范围0.55-0.48 V和0.45-0.28 V。第一步还原反应是单电子的速控步反应,第二个还原反应为两个电子的扩散控制步反应。因此,高铁酸根在9 M KOH中的电化学还原机理可以表述为FeO42-→FeO3-→FeO2-,其中Fe（Ⅴ）过渡态由Fe（Ⅵ）单电子还原产生。