本文以能源领域对化学电源的重大需求为背景，开展基于多电子反应的新型高比能锂二次电池及关键材料研究。主要内容如下:　　1.锂空气电池阴极催化剂的研究。　　(1)通过Modified Hummers法制备氧化石墨烯(GO)，依次经过水热反应和高温煅烧得到还原石墨烯(rGO)。使用rGO作为导电骨架，构筑了分散良好的α-MnO2/rGO复合物、CoFe2O4/rGO复合物以及MnO/氮掺杂石墨烯(MnO/NG)复合物，对其结构和形貌进行表征，并探究其作为锂空气电池阴极催化剂的性能。　　(2)钌-联吡啶配合物可以溶解在二甲亚砜基电解液中作为新型的液相催化剂，其可以充当O22-和电子的运输载体，对锂空气电池的充放电反应均具有催化活性。充放电后电极的SEM照片表明放电产物以薄层状均匀地分布在电极表面，没有大块的“螺线管”状Li2O2颗粒堆积现象;充电后过程对应Li2O2的可逆生成与分解。　　2.锂硫电池S/氮掺杂石墨烯(S/NG)复合正极的研究。80℃水浴条件下，利用GO的氧化性氧化吡咯聚合成聚吡咯(Polypyrrole，PPy)形成均匀的PPy/rGO复合物，经过高温煅烧可以得到高度分散的氮掺杂石墨烯(NG)。S负载量分别为50％和75％的S/NG复合材料，首圈放电比容量分别为1667和1471mAh·g-1，首圈库伦效率均在95％以上，随后接近100％，且具有优异的倍率和循环性能。以吡啶型N为主NG作为单质硫的Lewis碱性导电骨架，可以提供更多的孤对电子对来稳定多硫化物，从而使其稳定地存在于NG骨架表面上，便于进一步发生电化学反应，其相比与石墨型N为主的NG具有更好的电化学性能。　　3.锰氧化物/石墨烯复合材料作为锂离子电池负极的研究。　　(1)使用简单的水浴法制备了纳米片δ-MnO2/rGO复合物，其中，δ-MnO2纳米片与rGO充分接触，实现电子的快速传输;rGO作为骨架材料能缓冲充放电过程中MnO2体积膨胀造成的机械应力，从而维持电极材料的稳定性。复合材料表现出优异的倍率和循环性能。XPS和化学显色反应表明，MnO2/rGO复合物在充电完成后能回到MnO2，即充放电过程是MnO2与Mn的四电子转换反应过程;而作为对比的MnO/rGO混合物充电后只能回到MnO，即两电子转换反应。　　(2)通过“一锅法”制备的N-MnO/GN复合物，相比于MnO/GN复合物，倍率和循环性能均得到进一步提高，特别是在大电流条件下，其电化学性能更具优势。这是因为，氮原子的引入能提高材料的导电性，O-Mn-N-C中心的存在能改善材料的结构稳定性。