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针对能源获取利用方式的变迁，相应存储技术的研发也逐渐成为绿色高效新能源时代所面临的重要课题之一。锂离子二次电池和超级电容器是目前最为成熟和关键的两种装置，也代表着两种不同的储能机制和方式。前者依赖电极材料的氧化还原以实现电荷和离子的存储，而后者则借助电极材料表面的双电层吸附达到电荷的储存。正是这种差异，使得电池具有高能量密度，但同时受制于离子扩散的速度而表现出较低的功率密度;超级电容器的快速吸脱附赋予其不可比拟的充放电速率，故具有极高的功率密度，但电极材料有限的比表面使其无法实现高能量密度的存储。结合两者的优势成为当下储能技术研发的热点，锂离子电容器的出现为此提供了可靠方案。因为锂离子电容器集成功率型电极和能量型电极的优势，从而针对锂离子电容器和超级电容器实现综合技术目标上的扬长避短。其中，电极材料比容量、倍率和循环稳定性都是最终器件性能表现的限制因素，因此针对性的设计改性尤为关键。本文研究中，通过展开以下的研究以期实现设想的目标。 (1)相容性活性炭@四氧化三锰(AC-Mn3O4)的超声制备用于改善AC的低比容量缺陷。借助超声合成法制备相容性纳米AC-Mn3O4复合材料实现Mn3O4赝电容和AC双电层电容的协同。合成过程中，超声的空化效应产生的局部高温高压不仅可以催化反应物之间的化学反应，而且可以为反应的输送提供动力，尤其是赋予KMnO4动力使其进入AC的介孔或者微孔内部。此外，超声的作用使反应介质发生解离产生高活性自由基，加速反应并使得产物中含有过量的低价锰而使目标产物中引入氧空位。目标复合材料在0.1 A/g的电流密度下，释放的比容量为150 F/g，远高于AC单相。以纳米AC-Mn3O4复合材料为正极，钛酸锂为负极，组装锂离子电容器，工作电压区间0.0-2.8 V，器件可释放的最大能量密度和功率密度分别为68 Wh/kg和1500 W/kg。 (2)富含阳离子空位介晶MnO负极的设计用来改善材料的倍率和比容量，并设计组装高压锂离子电容器。材料的微观结构控制是材料改性的有效方式之一，尤其纳米尺度下表面能的增加和离子传输距离的缩短可以明显提升材料的电化学活性。基于表面活性剂辅助生长和组装介晶MnO，其中单个MnO粒子的尺寸约为15nm，并且由于聚乙烯醇的热分解最终在MnO表面生成多孔碳层。此外，高价锰离子的不完全还原使最终产物中含有少量偏高价态锰离子，从而导致产物晶格中出现阳离子空位。缺陷的存在不仅为相变提供成核中心，而且为锂离子扩散提供通道，故而大大改善材料的倍率特性并提高比容量。比如，材料在0.1 A/g电流密度充放电条件下的可逆比容量高达637 mAh/g。以介晶MnO为负极，高比表面积的活性炭为正极，组装锂离子电容器，工作电压区间0.1-4.0 V，器件最大输出能量密度和功率密度分别高达227Wh/kg和2952 W/kg。 (3)在前期阳离子空位研究的基础上，调控材料结晶度，提升材料电化学性能并探讨相关机理。实验中，通过控制合成方法和控制煅烧温度制备结晶度差异明显的样品。在此过程中，借助葡萄糖在水热环境中的芳构化反应，使得锰氧化物纳米颗粒最终分散在多孔的碳基体中。多孔碳使得样品的电子导电性高达6.25 S/cm，低结晶度引起的原子排列松散为锂离子迁移提供充裕空间，锂离子扩散系数也因此提升一个数量级。同时，低结晶度样品电极在1 A/g电流密度下可释放的比容量为650 mAh/g，且表现出良好的稳定性。在此负极上与AC正极组装单体高压锂离子电容器，电容器可释放的最高能量密度为220 Wh/kg，且在5A/g电流密度下循环3600次比容量保持率依然高达95.3％。 (4)在晶体场理论基础上，选择配位阴离子调控化合物中化学键的比例，从而实现材料的可逆性和稳定性改善。氧的电负性为3.44鲍林单位，而氮的电负性为3.04鲍林单位，选择亚锰离子的配位阴离子可以降低化学键中离子键的成分比例，从而改变材料电化学反应的可逆性和材料的电化学势。MnNCN负极的放电电势平台为0.30V，低于MnO的0.35 V。同时在电流密度0.1 A/g下释放出725 mAh/g的可逆比容量，在5A/g下循环时的比容量依然高达385 mAh/g。以此为负极组装锂离子电容器，可释放的最高功率密度为8533 W/kg，在5A/g电流密度下循环5000次容量几乎无衰减。 综上所述，缺陷引入、结晶度调控和纳米复合作为电极材料性能改善的主要方式对锰基化合物电化学性能的影响非常显著。同时，基于材料选择进行器件设计也是储能装置优化改进的重要立足点和出发点。高功率密度和能量密度的锂离子电容器为新能源时代的储存技术发展进步提供了新方案和新保障。