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能源危机和环境污染已成为当今社会两大主题。燃油车油耗大、尾气多,难以满足可持续发展需求,以电补油的混合动力车应运而生。启停系统是混合动力车的核心。启停系统以频繁“启动-停止”汽车动力系统的方式缩短了行驶过程中的怠速时间,将多余热能转化成可被存储的电能,提高了发动机燃油效率,降低整车能耗。启停电池是启停系统的基础,决定了启停系统的发展水平。启停电池不仅要能承受启停时的瞬时大电流和行驶时的快速充放电,还要在发动机熄火后对整车的电器设备提供持续、稳定的电能,工作环境十分苛刻。铅酸电池是发展最成熟的启停电池,性价比高,安全稳定,回收再利用率超过99%,但随着汽车电气化进程的加快,铅酸启停电池逐渐面临一系列严峻的技术挑战。铅炭电池被誉为下一代铅酸电池,是针对铅酸电池功率密度、高倍率部分荷电状态循环寿命的强化。铅炭电池负极中含有大量碳材料,这些碳材料起到了电催化、导电网络、空间位阻和电容缓冲等作用,能够减缓负极的硫酸盐化程度,提高负极的大电流承受能力和高倍率充放电接受能力。铅炭启停电池已在日系和德系高端混动车上广泛推广,但相关技术保密程度较高,国内相关研究起步较晚。本论文从铅炭混合电容器入手,设计制备了二氧化硅掺杂的正极,探究了二氧化硅在复合电沉积和充放电循环过程中的作用机制,分析了铅离子在炭负极上的电化学行为,提出了负极硫酸盐化的抑制策略,以此为基础制备了外敷式铅炭启停电池用二氧化硅正极粉末添加剂、聚乙烯醇负极凝胶添加剂,分析了两种添加剂的作用机制,提出了新型负极失效机理,开发了先进外敷式铅炭启停电池,为铅炭储能体系的发展提供了新思路。本论文的主要工作如下:（1）通过阳极复合电沉积的方法制备了高性能的nano-SiO2/PbO2复合物。nano-SiO2/PbO2复合物由β-PbO2和nano-SiO2组成,具有微米级裂缝和大量微、介孔。nano-SiO2能够在复合物内部构建惰性离子传输通道,提高电解液的扩散速率。将nano-SiO2/PbO2复合物作为正极组装成铅炭混合电容器后,3Ag-1下的能量密度可达41WhKg-1,优化后的铅炭混合电容器在3Ag-1下的能量密度可达65WhKg-1,1000次循环后能量密度保持率为91%。将nano-SiO2/PbO2复合物加入到铅炭启停电池正极中后,nano-SiO2/PbO2添加剂能够在正极活性物质内部构建离子传输通道,使电极和电解液的接触更加充分,改善正极能量密度和循环稳定性。相比于添加PbO2粉末的铅炭电池,含有nano-SiO2/PbO2添加剂的铅炭启停电池能量密度提高了12%,启停循环3000次后稳定性提高了10%。（2）提出用高质子穿透性的聚乙烯醇凝胶涂敷在外敷式铅炭启停电池表面的活性炭外层的修饰方法,研究了聚乙烯醇凝胶的作用机制。研究表明,凝胶内的硫酸离子含量较高,活性炭的比电容得以提高,析氢现象得到抑制。经过优化后的聚乙烯醇凝胶修饰的外敷式铅炭启停电池在启停模式下充放电15000次后循环稳定性提高了24%。（3）发现并证实了一个影响铅炭混合电容器循环寿命的负极表面铅沉积现象,探讨了外敷式铅炭启停电池负极表面活性炭材料的失效机制。在铅炭混合电容器放电过程中,部分从正极脱出的铅离子能够经由电解液扩散到负极周围,在一定电流密度下放电时,负极周围的铅离子会被还原为铅单质,随后迅速转化成硫酸铅晶体,随着循环次数的增多发生硫酸盐化现象。充放电的电流密度越低,负极表面的铅沉积可能越严重。将离子交换膜置于正、负极之间可以阻止铅离子扩散到负极周围,抑制负极表面的铅沉积。带有离子交换膜的铅炭混合电容器在3Ag-1下的能量密度达到73.6WhKg-1,循环10000次后容量保持率为95%。在外敷式铅炭启停电池放电过程中,从电池正、负极铅膏脱出的铅离子会经由电解液扩散到负极活性炭片周围。充电时,负极活性炭片周围的铅离子会被还原为单质铅,之后迅速转化为硫酸铅,发生硫酸盐化现象。随着充放电倍率的提高,活性炭片放电初始电位负移,活性炭片表面的铅离子还原电位负于铅膏的还原电位,高倍率状态下活性炭片表面的硫酸盐化程度比负极铅膏的硫酸盐化程度更深。将PVA凝胶涂敷在负极活性炭片表面可以阻碍铅离子扩散到活性炭片周围,抑制铅沉积现象。带有凝胶的外敷式铅炭电池高倍率循环2000次后(1Ag-1,100%DOD),容量保持率从76%提升到83%,充放电效率从44%提升到97%。启停循环10000次后循环稳定性提高了11%。（4）设计和开发了8V2Ah铅炭混合电容器和12V24Ah外敷式铅炭启停电池。铅炭混合电容器充分发挥其负极大电流承受能力强、充放电效率高和循环寿命长的优势,50%DOD循环寿命可达4926次,启停循环寿命可达94761次。外敷式铅炭启停电池充分发挥活性炭的电荷缓冲作用,50%DOD循环寿命可达395次,启停循环寿命可达39729次。两种电化学储能器件均具有优秀的荷电保持能力、动态充电接受能力、静态充电接受能力和低温启动能力,满足国标需求,达到日标水平。