锂硫电池因具有较高的理论比容量密度和理论比能量密度而受到研究者极大的关注。然而锂硫电池存在自身的缺陷,例如硫的电子导电性差、电池循环过程中多硫化锂的溶解飞梭效应以及活性物质在循环过程中的体积效应等。锂硫电池的缺陷使得当前锂硫电池活性物质利用率低、循环性能差、倍率容量低,限制了锂硫电池在商业化中的应用。与硫处于同一主族的元素硒,因其具有与硫类似的电化学性质,将其作为锂硒电池正极材料也受到了研究者的极大关注。锂硒电池具有与锂硫电池类似高的体积能量密度,同时单质硒的电子导电性较硫高,电池循环过程中聚硒化物的溶解飞梭效应较聚硫化物的溶解飞梭效应低。但是锂硒电池也有其缺陷,包括大体积硒的利用率低和循环过程中聚硒化物的溶解飞梭效应等。目前解决锂硫电池和锂硒电池的方法主要集中于将单质硫(硒)与导电物质进行复合,通过传统的电极膜制备工艺制备电极膜,从而提高电池的电化学性能。但是这样的方法一方面并没有很有效的抑制电池循环过程中聚硫化物(聚硒化物)的溶解飞梭效应;另一方面,电极膜的制备过程中不可避免的引入了非活性物质(PVDF,乙炔黑),这在一定程度上降低了电池的体积能量密度。此外,基于当前全球锂资源的匮乏,室温钠硫电池以及钠硒电池的研究也展现了极为广阔的前景。本文通过静电纺丝的方法制备柔性多孔碳纳米纤维膜(负载铜颗粒的多孔碳纳米纤维膜),并将其与硫(硒,硫硒复合物)进行复合,制备得到多孔碳纳米纤维(负载铜颗粒的多孔碳纳米纤维)-硫(硒,硫硒复合物)的复合物膜,并将所制备的复合物膜直接作为锂/钠-硫电池、锂/钠-硒电池正极材料进行2032纽扣式电池组装,测试电池的电化学性能。论文第一章中,作者就锂硫电池的机理,正负极材料、电解液的研究进展以及所面临的困境作了详细的论述。并进一步介绍了锂硒电池、室温钠硫电池以及静电纺丝技术的研究进展,在此基础上提出论文的选题背景和研究内容;论文第二章中,作者介绍了论文工作中主要涉及的实验药品、合成手段以及测试方法。其中,作者重点介绍了传统电极膜和柔性自支撑电极膜的制备方法,并对半电池的组装和电化学测试工作进行了简单的介绍。论文第三章中,作者将硫液相渗入静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维膜中,成功制备了柔性、自支撑硫负载于多孔碳纳米纤维的电极材料。通过向碳纳米纤维中添加碳纳米管,进一步提高电极材料的导电性。与未添加CNT的样品相比,添加CNT的样品显示了更好的锂储存性能,更加优异的循环稳定性和倍率容量:0.05Ag-1电流下100次循环后,样品的容量仍然有637mAhg-1,1Ag-1大电流时样品的容量仍然有437mAhg-1。样品电化学性能的提高主要由CNT的添加以及碳纳米纤维中均匀分布的微孔孔洞综合导致的。论文第四章中,作者将铜前驱体引入纺丝前驱液中,通过静电纺丝法成功制备了铜均匀负载的多孔碳纳米纤维膜。进一步经过液相渗流技术,制备得到了高性能锂硫电池正极材料。电极材料中Cu-S化学键的形成,对多硫化锂的溶解飞梭效应起到了非常好的抑制作用。与未添加铜的电极材料相比,含铜的电极材料展现了更好的电化学性能:小电流0.05Ag-1下100次循环后的容量为680mAhg-1,大电流1Ag-1下的容量为415mAhg-1,并且电池充放电过程中的库伦效率接近100%。电极材料电化学性能的提高源于样品中纳米铜颗粒对多硫化锂的化学稳定作用以及样品中微孔孔隙对于多硫化锂的物理稳定作用。论文第五章中,因为硒和硫相似的电化学行为,硒电池相比硫电池有更好的循环稳定性,因而作者针对硒电池进行了研究。由于硒分子相比硫分子更大的分子直径,需要更大的孔隙以容纳硒分子。因而作者设计在纺丝前驱液中引入F-127作为软膜板,进一步经过活化工艺,制备得到了介孔孔隙的多孔碳纳米纤维膜。经过液相渗硒技术,成功将硒分子负载于多孔碳纳米纤维膜的介孔孔隙中。与未添加F-127的样品相比,添加F-127的样品展现了非常优越的储理以及储钠性能:在0.5Ag-1电流下经过900次循环后,Se@PCNFs仍然有高达516mAhg-1的容量输出,甚至在4Ag-1电流下,Se@PCNFs的容量仍然有306mAhg-1。对于钠硒电池,在0.05Ag-1电流下经过80次循环,Se@PCNFs的容量仍然有520mAhg-1。这样优异的电化学性能是目前硒电池中极少见到的,这个工作也给出了一种新的制备介孔碳材料的方法。论文第六章中,作者采取了一种更简单的方法制备硒电池电极材料。通过将硒粉和静电纺丝制备的聚合物纳米纤维一步加热后,制备得到了硒均匀负载于碳基体的柔性自支撑电极材料。这样的一步加热工艺,除了简单方便以外,还可以实现碳基体和硒分子之间的化学键和;CNT的引入也进一步提高了电极材料的电子导电性。电化学测试结果显示,样品作为锂硒电池和钠硒电池的正极材料使用时,均具有十分优越的电化学性能。论文第七章中,作者设计将少量硒原子引入硫分子以稳定硫,进一步将改性后的硫分子负载于先前工作中的多孔碳纳米纤维膜上。通过这样的方法制备得到的电极材料显示了优异的储锂以及储钠性能:在超大电流20Ag-1下的储锂容量仍然有181 mAhg-1,在大电流2 Ag-1下的储钠容量也高达190 mAhg-1。测试结果证明,优异的电化学性能得益于电极材料中Se-S键对于多硫化锂溶解的有效抑制作用。此外,Se的掺杂也大大提高了电极材料的电子导电性能。论文第八章中,作者对钠离子电池碳基负极材料进行了研究。首先,通过静电纺丝和液相聚合技术,得到了中空聚吡咯管;进一步经过高温活化工艺,成功制备了氮掺杂的富含微孔孔隙的多孔碳纳米管。氮掺杂有利于样品电子导电性能的提高,中空结构的纳米管结构有利于电解液的浸润,管壁富含的微米孔洞更是为钠离子提供了丰富的储藏点。与未活化的中空碳纳米管相比,这样结构的碳基负极材料显示了更好的电化学性能:在0.05Ag-1电流下经过100次循环,电池仍然有160mAhg-1的容量输出。论文第九章中,作者对论文工作的创新之处和不足之处进行了总结,并提出了未来研究工作的方向。