钾与锂在元素周期表中属于同族,钾离子电池和锂离子电池具有相似的工作原理,即“摇椅式”电池。而钾元素的地壳储量远高于锂,钾离子电池的成本可以被很好的控制,故更具有作为规模储能系统和电动汽车电源的潜力。硬碳材料具有独特的无序类石墨片层堆叠结构,因而具有较石墨更高的比容量和更好的循环稳定性,是钾离子电池负极材料的可靠选择。目前,硬碳材料储钾的反应机理亟待探究,本论文制备了微观结构存在渐变差异的一系列酚醛树脂硬碳材料,并以此为基础开展研究,通过详尽的分析测试技术对硬碳的结构参数进行表征,并与硬碳储钾的电化学性能和电极动力学过程建立联系,推导出硬碳材料储钾的构效关系。同时高品质硬碳材料的商用化也是研究者亟需解决的问题,这离不开对高分子前驱体的结构设计和工业化生产,本论文设计改性实验研究了酚醛树脂胶体球的合成机理,并以此为基础展开配方调控,进而实现了十公斤级中试生产。本论文的研究重点如下:（1）利用St（?）ber法和喷雾干燥法制备间苯二酚甲醛树脂胶体球。通过冰浴缓滴改性和酸化改性的St（?）ber法,制备出St（?）ber合成过程中的类石榴状反应中间体,证明了该方法在胶体球形成过程中包含着一次颗粒聚集为二次颗粒的步骤,并合成出尺寸均匀的亚微米级酚醛树脂胶体球;接着通过调节喷雾干燥时的合成参数,可控的制备出高球型度的微米级胶体球。对比两种方法合成的胶体球和硬碳球,结果表明St（?）ber法制备的酚醛树脂硬碳球具有更优的钾离子存储性能,在20m A/g的小电流密度下该材料具有273 m Ah/g的稳定可逆循环容量,并在1000m A/g的大电流密度下仍具有33.3%的较高容量保持率。（2）通过设计从800℃至2900℃的超宽碳化温度梯度实验,并增添不同升温速率和保温时长的对比,制备了一系列微观结构具有差异且存在结构渐变的酚醛树脂硬碳球,并以此为基础研究酚醛树脂硬碳球的碳化演化过程;通过对该系列硬碳进行形貌结构表征与钾离子电池负极性能测试,获得了最优的酚醛树脂胶体球碳化工艺;再将两者与硬碳储钾时的动力学过程和电极结构变化建立联系,进一步推导出斜坡吸附型钾储存和平台嵌入型钾储存的硬碳储钾反应机理。（3）以第二、三章中关于St（?）ber法合成酚醛树脂胶体球的合成原理和碳化工艺为基础,采用正交实验的方法探索最优的酚醛树脂胶体球和硬碳球的合成方案,并解决产物分离难题,最终实现胶体球与硬碳球的稳定可控合成,完成了十公斤级中试生产。该酚醛树脂硬碳球产品为700 nm尺寸均匀的球型颗粒,且具有高振实密度和优异的储钾性能,在20/200/500/1000/2000 m A/g的电流密度下,分别具有280/218/185/139/69 m Ah/g的高可逆循环比容量。