锂离子电容器作为一种新型不对称电容器,通过引入锂离子电池电极材料提高能量密度,同时继承了超级电容器高功率密度,高循环稳定性和充放电速度快等优点,在电子器件、电动汽车和能源存储等领域都具有广阔的应用前景。但相比锂离子电池,锂离子电容器的能量密度仍有较大的提升空间。近年来,为了进一步提高锂离子电容器的能量密度,新型锂离子电容器体系的开发和相关电极材料的设计合成一直备受工业和科研界关注。本文以构筑新型高能量密度锂离子电容器为目的,根据能量密度的计算公式E=1/2CV2,从提高比容量和扩宽电压窗口两个方面入手,通过调控电极材料的微观结构改善其性能,具体内容包括如下几个方面：(1)在多孔炭//钛酸锂型锂离子电容器体系中,多孔炭正极限制了电容器的比容量,多孔炭的孔结构是决定其电化学性能的关键因素。本章研究多孔炭正极孔道结构(比表面积、孔体积)对三电极体系下的比容量和锂离子电容器整体电化学性能的影响。结果表明,孔体积是影响锂离子电容器整体比容量的主要因素。三种介孔炭的孔体积在2.4～4.3cm3g-1,基于介孔炭正极的锂离子电容器比容量在26～39 Fg-1,普遍高于微孔炭和微孔-介孔炭锂离子电容器的比容量(15～29 Fg-1)。其中,介孔炭锂离子电容器Me-2//LTO比容量最高,在电流密度0.5 Ag-1下可达39Fg-1,能量密度可达58 Wh kg-1.(2)为进一步提高多孔炭正极的孔道利用率和倍率性能,设计合成一种厚度和孔道结构可控的纳米炭片。以合成的纳米炭片为正极,钛酸锂为负极构筑锂离子电容器。通过研究炭材料正极在锂离子电容器充放电过程中的分步吸脱附行为和扩散动力学,证明纳米炭片的比表面积利用率和离子扩散速率均高于本文中其它微孔炭和介孔炭材料,归因于纳米炭片独有的薄片结构能够形成开放的孔道结构和缩短的扩散路径。该锂离子电容器在0.5Ag-1下比容量为55Fg-1。在1Ag-1下,循环3000次容量保持率可达到88%,能量密度可达77 Wh kg-1,功率密度可达3409 Wkg-1。(3)为扩宽电压窗口,引入低电极电位的金属氧化物-炭复合材料为负极。采用原位水解法制备有序介孔炭负载纳米SnO2复合材料,将制备的SnO2-C作为负极构筑锂离子电容器,电压窗口可达0.5～4.0V。通过交流阻抗和离子扩散系数的计算,揭示了负极SnO2负载量对电化学性能的影响规律。SnO2负载量的提高有利于获得更高的初始容量,但不利于提高倍率性能和循环稳定性。其中,SnO2负载量为57 wt%的样品在循环过程中能够保持较高的离子扩散速率和较好的循环稳定性。该锂离子电容器0.1 Ag-1下的比容量可达66Fg-1,能量密度可达110Whkg-1,最大功率密度为2960 Wkg-1,1Ag-1下循环2000次容量保持率为80%。(4)为进一步提高正极比容量,在多孔炭正极中引入高理论容量的单质硫,利用硫的氧化还原反应提高正极比容量,设计制备了一种新型高能量密度锂离子电容器。并采用电化学沉积法在正极表面包覆聚苯胺,提高电子导电性,同时抑制硫的穿梭效应,提高循环稳定性。电化学测试表明,单质硫的引入有助于提高电容器整体比容量；聚苯胺包覆有助于提高材料导电性,同时抑制多硫化物的溶出,提高循环稳定性。该锂离子电容器在0.1 A g-1。下的比容量可达137 Fg-1,能量密度可提高至238Whkg-1.变换电流密度循环1500次,容量保持率为76%。