本论文的主要工作是研发可应用于高能量锂电池的电极和电解质材料,包括了具有高比容量、优异倍率性能及稳定循环性的正负极储锂材料,拥有高锂离子电导率、稳定的化学性质、在室温下可长时间贮存且在放电过程中能有效抑制锂枝晶生长的固态电解质材料。高能量锂电池材料的开发将助推化学电源在电子产品及电动汽车领域的产业化,同时本论文中研究的电极与电解质材料还可适用于多种类型的锂二次电池,如锂离子电池、锂空气电池和全固态锂电池。本论文取得的具体成果如下:1.采用水热合成与高温热处理相结合的方法,制备了LiMn₂O₄/碳纳米管（CNT）复合正极材料,研究结果表明该复合材料中的LiMn₂O₄具有完整的尖晶石结构,而包裹在LiMn₂O₄中的微量CNTs起到了很好的导电作用,提高了LiMn₂O₄的电化学性能。LiMn₂O₄/CNT在5 M Li NO3水溶液中具有很高的初始比容量、优异的倍率性能及良好的循环稳定性。同时,以LiMn₂O₄/CNT作为正极的水系超级电容器也表现出高功率性能和长循环寿命;2.通过丙酮辅助的水热合成法制备了LiMn₂O₄/CNT复合正极材料,以丙酮作为水热反应中的还原剂大大缩短了反应时间,同时也提高了LiMn₂O₄的结晶度。该方法制备的LiMn₂O₄/CNT复合材料在有机电解液中充放电时,小电流下的比容量非常接近理论比容量;大电流充放电时也保持了很高的放电比容量,同时在大倍率电流循环充放电时,该材料表现出优异的循环稳定性能;3.采用改性的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,在溶液相中分别利用高锰酸钾及醋酸锰两种锰源与GO发生氧化还原反应,并经冷冻干燥和氩气氛中热处理制备出Mn₃O₄/还原氧化石墨烯（RGO）复合负极材料。石墨烯的引入提高了锰氧化物的导电性,其中以醋酸锰为锰源制备的Mn₃O₄/RGO具有较高的初始比容量;而以高锰酸钾为锰源的复合材料则具有更优异的循环稳定性;4.制备了一种同时具有高锂离子电导率和优异机械性能的聚烯烃硬段-聚环氧乙烷软段的嵌段共聚物固态电解质。该嵌段聚合物-锂盐（Li FSI）-四乙二醇二甲醚（G4）复合电解质在室温下的电导率为10-5⁴′10-4S·cm-1,机械拉伸强度为1¹2 MPa,该聚合物电解质还具有较高的电化学分解电压和优异的锂金属接触稳定性。研究表明,该聚合物电解质的电导率大小与机械强度呈现负相关,但与施加极化电流下的电压变化情况没有直接联系;5.通过溶胶凝胶-流延法制备了NASICON型Li1.4Al0.4Ge0.2Ti1.4（PO4）3（LAGTP）固态电解质材料,随后环氧树脂在缩合反应过程中浸润入材料的微孔,起到阻塞水分子穿过电解质的作用。进而在LAGTP-环氧树脂表面包覆PEO18Li FSI-G4-Ba Ti O3聚合物保护薄层,使得该复合电解质能与锂金属电极在室温下长期稳定贮存。该复合电解质在室温下施加恒流极化时具有较好的稳定性,表明电解质能有效抑制锂枝晶的生长,库伦效率接近100%。