锂离子电容器是一种结合锂离子电池和双电层电容器储能机制的新型电化学储能器件,综合了两者各自的优势,具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优点,被认为是目前最有前途的高性能储能装置之一。石墨烯由于其独特的结构而具有高比表面积、高容量、高电导率和稳定的物化性质等优点,是高性能锂离子电容器理想的电极材料。但是,石墨烯的微观形貌、片层结构和活性位点等会影响锂离子电容器的能量密度和功率密度。因此,制备高比表面积、合理的孔结构和结构稳定性的三维石墨烯泡沫及其复合材料,提高电化学储能性能,是目前研究石墨烯基锂离子电容器面临的挑战。本文利用粉末冶金工艺,以金属和可溶性盐为双模板,通过结构设计开发了三维石墨烯泡沫（3D bm G）和碳纳米管增强三维石墨烯泡沫（3D rebar bm G）,系统研究了3D bm G和3D rebar bm G的制备工艺参数、电极电化学储能性能及锂离子电容器储能机理。结果表明,3D bm G-40由两种不同结晶性、孔结构和电学、电化学性能的石墨烯构成。由于两者的协同作用,所构建的“全碳”4.5 V锂离子电容器表现出高能量密度、高功率密度和长循环寿命。在3D rebar bm G中,三维石墨烯本身的三维多孔结构增加了电解质/电极界面,导致电解质更容易渗透到活性材料中,为Li+提供了更方便的传输途径,三维互联导电网络为电子传输提供了快速通道。分散均匀的碳纳米管的引入不仅增加了石墨烯表面的活性位点,加快了电子传输速率,而且作为三维石墨烯的增强体,有效抑制了石墨烯的堆叠,提高了倍率性能和循环稳定性。本文可为更多三维材料的结构设计提供新的研究思路,将激发更多石墨烯泡沫及其复合材料的结构设计,为开发高能量密度、高功率密度和长循环寿命的高性能锂离子电容提供了实验依据。